熱舒適性工程的案例
空調系統及乘員艙熱舒適性
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。
①、通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以獲得空調風道的空氣分配情況、風道的阻力特性、各出風口的空氣流速等，為優化風道設計提供依據。
②、通過對風擋和側窗進行除霜除霧分析，可以得到當前設計的除霜除霧性能，為改進出風口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據。
③、通過對乘員艙內的CFD分析，可以得到艙內的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產品在空調系統方面有豐富的解決方案 。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
左：除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖；右：乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
展開 THESEUS-FE飛機成員艙熱舒適性分析
對于座艙內熱環境，THESEUS-FE可以采用假人模型進行座艙熱舒適性分析。同時，THESEUS-FE Coupler模塊可實現傳熱—CFD協同仿真。不依賴于第三方軟件，Coupler可實現THESEUS-FE和CFD求解器Star-CCM+或OpenFOAM之間的雙向耦合仿真，最為精確地仿真流體對結構的對流效應和結構溫度對流動的影響。使用該技術可得到極高精度的發動機艙熱管理分析和座艙熱舒適性分析結果，與實測結果吻合程度非常高。
本案例是采用Star-CCM+與THESEUS-FE雙向耦合，分析飛機乘員艙內的熱舒適性。
算例使用THESEUS-FEtigong的假人模型—FIALA-FE。假人模型融合了最先進的熱生理學研究成果，可以非常準確的預測人體對熱環境的反應進而對熱舒適性進行評估。FIALA-FE可模擬真人的復雜生理反應，包括血液流動、呼吸等代謝反應，以及出汗、寒噤等生理現象。FIALA-FE假人模型完全集成在THESEUS-FE求解器中，可以輸出局部或者整體的熱舒適性指標。
算例使用Star-CCM+的流體分析結果與Theseus-FE傳熱分析軟件相結合，提高計算精度。
具體計算方法如下：
l使用StarCD的流體分析結果與Theseus-FE傳熱分析軟件相結合，提高計算精度。
lTHESEUS-FE計算結構壁面溫度；包含輻射模型、熱傳導和蒸發換熱。
lStarCD計算室內氣體的濕度、速度和溫度。
最終艙壁溫度計算結果：
根據熱舒適性指標評價人體舒適性：
THESEUS-FE飛機成員艙熱舒適性分析.pdf
展開 視頻 I 如何優化熱管理策略，提高電動汽車座艙舒適性
為乘員提供更好的電動汽車座艙舒適性體驗
電動汽車 (EV) 能量管理優化是減少里程焦慮的關鍵。在極端溫度條件下，座艙熱舒適性管理是最大的能耗因素之一。這是否意味著必須為了自動駕駛而犧牲乘員舒適性？工程師要想平衡這一重大挑戰，有哪些選項可供選擇？從早期階段到校準階段，如何預測乘員熱舒適性并盡可能降低其對整體能量流的影響？
電動汽車座艙熱管理策略中缺失的一環
可采用兩種建模策略預測熱系統性能。系統仿真可確定系統架構規模并在集成階段評估設計。相較之下，計算流體力學 (CFD) 仿真可提供十分詳細的組件級別的分析。在孤立的方法中，以上任一種仿真都可用于評估系統不同水平的保真度。但是，同時采用這兩種仿真可幫助加速和進一步保護設計流程。
要想填補可將這兩者完美結合的缺失環節，敬請觀看這場由弗雷德·羅斯 (Fred Ross) 和托馬斯·德斯巴拉茨 (Thomas Desbarat) 主講的網絡研討會。您將了解如何通過在結構化和直觀的工作流程中采用連續 1D – CFD 方法進行仿真來優化電動汽車座艙熱管理策略。
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講師介紹
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Frederick Ross
Simcenter 流體和熱領域汽車業務開發經理, Siemens Digital Industries Software
弗雷德里克 (Frederick) 于 1989 年加入 CD-Adapco，該公司隨后于 2016 年被西門子收購，他擁有豐富的經驗，主要致力于與客戶合作開發各種應用，例如車輛熱保護、空氣動力學以及乘員熱舒適性。
展開 精華 | 基于TAITherm軟件進行人體熱舒適性分析
在整車的產品開發過程中，熱舒適性作為重要的評價指標已經被越來越多的整車廠所重視。這一指標的存在可以更好的服務于空調系統設計開發過程。
影響人體熱舒適性的因素有多方面，對環境而言，除了空氣的溫度、濕度和流速外，還有環境對人體的平均輻射溫度；對人體而言，有人體的代謝產熱量和衣著熱阻。人在環境中的冷熱感覺是這六大因素對人體共同作用的結果。
熱舒適度評價標準
早期的熱舒適度標準，如預期平均投票數(PMV，Fanger 1970)、預測不滿意百分數(PPD，Fanger 1982)、當量均勻溫度(EHT，Wyon et al. 1989)、標準有效溫度(SET，Gagge 1986)和動態熱感知(DTS，Fiala et al. 2003)等均是基于環境的評價標準，而Berkeley舒適度模型（Zhang et al. 2009）是基于人體生理機能的熱舒適度評價標準，并考慮局部舒適度對整體熱舒適度的影響，更加適合艙體等氣流不均的密閉空間。
如何在空調系統的設計過程中借助仿真分析獲得人體熱舒適性的評價指標？進而作為空調系統好壞的評價標準。在此過程中既能完成出風口布局優化設計，也為車身隔熱設計獲得支撐數據；既考慮外界環境包括太陽光照射的影響，又考慮人體自身生熱影響；并評估空調系統在規定時間內將艙內溫度降到規定溫度的能力。本文將通過基于專業熱設計軟件TAITherm進行人體熱舒適性分析的案例對上述問題給出答案。
展開 
[案例分析]STARCCM+入門系列之——駕駛室乘客的熱舒適性
如今，乘用車不僅要具備交通運輸功能，還要考慮到車內人員的舒適性。本篇博文基于STAR-CCM+這款軟件，進行汽車駕駛室乘客的熱舒適性的分析。
1、
問題描述
熱舒適性管理(TCM) 模型充分考慮了人體的特性。使您可以監測皮膚表面溫度下的流體情況的效果。TCM模型運行其可基于周圍環境計算出乘客的熱狀態。，如下所示：
2、
STAR-CCM+設置
（1）設置物理屬性；本案例流體是恒密度的，且需要考慮熱舒適性，設置通過駕駛室氣流物理屬性如下：
（2）激活熱舒適性模型可向對象樹添加兩個新節點，即 TCM 乘客和 TCM 邊界，以及求解器 > 熱舒適性節點。這兩個新節點是熱舒適性向導信息的占位符。
（3）設置邊界條件，在Regions> Fluid > Boundaries node.節點，選擇邊界1- Head to 14 – RightFoot，將其熱規范都改成溫度。選擇邊界Cabin、Console、Doors、Roof、Windows，將其熱規范都改成對流。選擇所有的進口，將入口邊界指定為質量流量入口，將入口的湍流指定更改為帶長度尺度的湍流密度。將出口邊界改為outlet。
（4）激活熱舒適性；單擊（熱舒適性向導）。常規選項卡，設置乘客的身高、代謝率和服裝阻力，身體每個部位的溫度等。設置結果如下：
單擊熱舒適性向導對話框頂部的高級設置選項卡。設置溫度限制器，溫度模型，迭代次數，設置結果如下：
單擊熱舒適性向導對話框頂部的外部對流和輻射選項卡。定義模型中的所有熱邊界屬性，并指定入口的質量流率和溫度。
展開 座艙內部流體動力學分析： AcuSolve預測乘客熱舒適性及除霜、除霧效果
如何選擇高效的工具來 進行模擬座艙內部流體動力 學分析成為一大挑戰
Altair 解決方案：利用 AcuSolve 預測汽車乘 客瞬態的熱舒適性及除霜、 除霧的性能。
優點：采用 AcuSolve 軟件可以很 好模擬座艙內部熱舒適性分 析及除霜除霧分析，包括了 太陽輻射、封閉輻射、濕度 等眾多因素影響，仿真效果 很好。
背景介紹
偉世通公司采用 Altair CFD 軟件 AcuSolve 預測汽車乘客瞬態的熱舒適性及除霜、 除霧的性能。人體舒適模型考慮了溫度、速度、太陽輻射、濕度、衣服材質和乘客的活 動。為了考察更詳細的乘客瞬態舒適性，還置入了假人模型。為了預測除霜性能，將一 層冰置于車窗表面，冰融化的這一過程可用潛熱模型捕捉。除霧性能可以通過當地的車 窗表面空氣飽和來預測。
挑戰
CFD 模型的建立
CFD 分析最耗時的是建立一個合適的 CFD 模型。與此相比，純粹的計算時間在一 定程度上顯得略為不重要一些。在汽車的應用中，如汽車空氣動力學特性、發動機艙內 部流動或座艙內部流動等表面幾何外形會極其復雜，在這種情況下，通常的網格劃分方 式需要好幾周，這對于縮短汽車設計周期是難以接受的。 通常在設計初期，詳細的 CAD 幾何外形通常還不具備，因此建立幾何參數化的模型是十分有效的。如下圖所示。
詳細分辨流場和溫度場需要詳細的幾何外形和網格。由于參數化后，幾何外形的改 變十分的迅速和容易，比如設計不同形狀的進口和出口會大大加速。
非結構四面體網格全自動方式生成，表面網格的密度及邊界層網格需要手工設定。 為了充分的預測座艙內部壁面的熱流，有必要精確分辨近壁區域的流場和溫度場，因此 邊界層要充分分辨。
展開 軸流壓氣機葉頂噴氣穩定性控制研究 中國科學院工程熱物理研究所李繼超
軸流壓氣機葉頂噴氣穩定性控制研究 中國科學院工程熱物理研究所李繼超
