摘要
随着我国改革开放以及城市化进程的发展，汽车已经成为城市中使用最为广泛的交通工具，驾驶时间的增长使得人们对汽车乘坐舒适性的要求逐渐提高。与建筑内热环境不同，汽车乘员舱内部空间狭小且易受到外界环境的影响，在太阳辐射的作用下会使其热环境较恶劣。如果长期处于舒适性欠佳的乘员舱内，驾驶员会感到疲劳、心情烦躁、注意力不集中等，易发生交通事故，这使得驾乘人员对汽车乘员舱内热舒适性日益关注。另一方面能源危机及环境污染使得电动汽车成为汽车行业的发展趋势，乘员舱热管理性能的优劣会直接影响到电动车的续航里程这一重要性能指标，故本文对汽车乘员舱内热环境以及人体热舒适性进行研究，具体研究内容如下： 一、进行了夏季乘员舱内热环境及人体热舒适性实验，对不同送风条件下的乘员舱内壁面和空气以及人体各部位皮肤表面温度进行了测量，发现空调送风条件的不均匀是乘员舱内热环境不均匀的主要原因之一，前排四个送风口的送风速度各不相同，而因为送风速度以及管道热损失的原因使得送风温度也不同。乘员舱内壁面与空气温度和人体各部位皮肤表面温度随送风速度减小而上升。太阳辐射使得乘员舱内驾驶员位置人体左右对称部位皮肤表面温差达到2~3℃，乘员舱内各位置驾乘人员的皮肤表面温度分布规律为前排乘客皮肤温度高于后排，右侧高于左侧。 二、对不同空调送风及外界环境条件下的乘员舱内热-流场进行数值仿真分析，研究表明除送风速度外的其他因素对乘员舱内速度场影响较小。而温度场主要受空调送风的影响，外界环境对其影响较小。由于汽车乘员舱内热-流场变化梯度较大，人体各部位所处的热环境并不能用平均值或者某一点的值来代替，建立人体各部位的微环境，用其平均热-流场表示人体各部位所处热环境的状态。送风温度增大3℃使得各部位微环境平均温度升高1.8℃；太阳辐射强度增大200W/㎡，微环境的平均温度升高1.2℃；而外界环境温度的影响较小，每上升3℃使得微环境的平均温度升高0.38℃。 三、由于人体主动热调节的作用，在不同的送风及外界环境条件下，乘员舱内人体各部位皮肤的总换热量变化不大。对流换热量主要受空调送风条件的影响，每升高3℃的空调送风温度，对流散热量减小17W；每增大2m/s空调送风速度，对流散热量增大30W左右。而太阳辐射强度对辐射换热量的影响较大，每增大200W/㎡的太阳辐射强度，辐射换热量增大30W左右。蒸发散热量与人体各部位皮肤表面温度呈正相关，每升高3℃的空调送风温度，蒸发散热量增大20W；每增大2m/s空调送风速度，蒸发散热量减小35W左右；每增大200W/㎡的太阳辐射强度，蒸发散热量加大30W左右。人体各部位皮肤对流、辐射、蒸发换热量与不同太阳高度角之间不存在定性的关系，而环境温度的变化对其影响很小。 四、采用伯克利热舒适评价模型对乘员舱内人体热舒适性进行评价，可以得到以下结论：空调送风温度从10℃升高至16℃，人体整体热感觉从1.1增大为1.66，整体热舒适从-0.97减小为-1.46；送风速度从3m/s增大至7m/s，人体整体热感觉由1.88减小为0.47，整体热舒适从-1.76增大至-0.7；太阳辐射强度从600W/㎡升高至1000W/㎡使得人体整体热感觉从0.92增大至1.79，而整体热舒适由-0.8减小为-1.67；太阳高度角的变化会使得太阳辐射作用在不同的部位上，对整体热感觉与热舒适并没有呈现线性的作用；而环境温度从32升至38℃时，各部位中右手为温升最大的部位，温升仅为0.4℃，表明环境温度对乘员舱内人体皮肤表面温度影响较小，所以对人体热感觉与热舒适的影响也很小。
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