基于PMV-PPD的乘员舱热舒适性分析方法

一、概述

1. PMV-PPD评价指标

预期热感觉评价指数PMV和不适人员比例PPD是目前公认的均匀热环境最常用的评价指标。

1.1 PMV评价指标

美国采暖制冷与空调工程师 （ASHRAE）标准55和国际标准化组织ISO标准7730《舒适热环境条件-表明热舒适程度的PMV和PPD指标》中规定了能够让大多数人感到满意的空气温度范围，这些标准的主要依据是丹麦的Fanger教授及其同事在实验研究基础上得到的人体热舒适模型,即PMV热舒适模型。该模型综合了人体变量和环境变量的6个影响因素。其采用的PMV指标是迄今为止最全面的评价热环境的指标。

PMV指标采用了7级分度，见下表：

1.2 PPD评价指标

由上表可知，PMV指数是预计同一环境当中的群体对热感觉投票的平均值，

而每一个个体的投票分散在该平均值的周围，以此来预计感到热舒适的人数。

热环境要满足大多数人对舒适性的要求，但是不同人之间在心理、生理及行

为特点等各方面都存在着差异，比如PMV=0表示大部分人觉得所处环境为最佳的热舒适状态，但仍有少数人对该热环境心存不满，所以P. O. Fanger教授又提出了不适人员比例PPD来代表人们对热环境的不满意度。

PPD指数为不适人员的比例，可以用来预计所处在同一热环境当中的群体感觉过凉或者过暖，即PMV指数为-3（冷）、-2（凉）、-1（微凉）、0（适中）、+1（微暖）、+2（暖）、+3（热）时人员的百分数。

在ISO 7730:2005 当中，提出了室内热环境标准对于PMV-PPD 指数的规定：-0.5≤PMV≤+0.5，PPD≤10%，即推荐热舒适性状态。

二、STAR-CCM仿真流程

（一）导入乘员舱模型，并设置人体模型

可在零部件-转换中调整人体模型位置，使之安放于座椅中合适位置。所有座椅均应布置人体模型。

（二）选择物理条件

连续体-新建物理连续体-选择模型

三维-定常-多成分气体-非反应-分离流-理想气体-分离流体温度-湍流-K-E模型-辐射-面对面辐射-灰体热辐射（或多波段热辐射）-太阳能负载-重力-被动标量

初始条件设置湿度为60，温度为33℃。

1. 热辐射模型选择

1.1灰体热辐射

设置环境辐射温度，及外部环境温度。太阳所处方位角高度角，直射通量与漫反射通量，应与实车试验所处地理环境相同。

1.2多波段热辐射

设定热环境温度及光谱波段上下限。

2.设置多组分气体

因热舒适性需考虑湿度，所以需设置多组分气体。

多成分气体-气体成分-选择混合物成分。

（三）设置边界条件

1.人体边界条件

（1）反射比0.8，辐射系数0.2，透射率

（2）热规范设置为温度

（3）人体各部位温度如下表：

2.车体边界条件

（1）反射比0.2，辐射系数0.8，透射率

（2）门，车顶，座椅，地板，热传导系数设定为44.5w/

（3）变速箱热传导系数设定为22.3 w/

（4）热规范设置为对流

（5）环境温度设置为33℃

3.车窗边界条件

（1）反射比0.1，辐射系数0.4，透射率0.5，辐射系数设定为7.9 w/

（2）热规范设置为对流

（3）环境温度设置为33℃

4.入口边界条件

（1）质量流量入口，质量流率0.12kg/s

（2）湍流强度0.01

（3）温度15℃

（4）辐射系数，透射率1，反射率自动计算

（5）相对湿度设置为30%，可通过焓湿图，或使用焓湿计算器计算出空气所含水所占百分比。

5.出口边界条件

（1）外界环境温度设置为33℃

（2）类型设置为出口

（3）分离率1，反射率，透射率1

6.设置区域初始条件

1.物理条件>初始条件选项>指定区域值

2.区域>初始条件>静态温度设置为33℃，湿度60%按照焓湿图或焓湿计算器转换为组分质量分数填入

（四）后处理

1.设置衍生零部件

（1）分别在脚部，人体正面和垂直人体方向新建截面

（2）在每个人体的关键位置上添加14个探针

2.新建场函数

（1）工具>场函数>新（改名为水蒸气分压P-H2O）>属性>维度（压力=1），定义（$AbsolutePressure*$mole Fraction H2O）

（2）工具>场函数>新（改名为饱和水蒸气压力P-SAT）>属性>维度（压力=1），定义（exp((-6096.9385*pow($Temperature,-1))+(21.2409642)-(2.711193e-2*$Temperature)+(1.673952e-5*pow($Temperature,2))+2.433502*log($Temperature))）

（3）工具>场函数>新（改名为相对湿度RH）>属性>维度（无量纲），定义（100*$P-H2O/$P-SAT）

3.新建标量场景

（1）出风均匀性（CellRelative Velocity）

（2）平均辐射温度（BoundaryMean Radiant Temperature）

（3）空气温度（Temperature）

（4）空气湿度（RH）

4.新建矢量场景

新建速度矢量场景（Velocity）

5.新建 告和绘图

(1)平均辐射温度MRT

如下图，对每个人体的14个部位分别建立表面平均值 告

(2)相对湿度RH

如下图，对每个人体的14个监测点分别建立总和 告

(3)温度T

如下图，对每个人体的14个监测点分别建立总和 告

(4)风速V

如下图，对每个人体的14个监测点分别建立总和 告

(5)对上述 告建立监视器和绘图

6.求解PMV-PPD

此处参考国家标准 GB/T18049-2017《热环境的人类工效学通过计算PMV和PPD指数与局部热舒适准则对热舒适性进行分析测定与解释》

1 .下表列举了不同活动的代谢率，关于代谢率的更详尽信息在ISO 8996中给出。

2.服装组合热阻估算

参照GB/T 18049-2017附录C，更详尽信息见ISO9920

3.计算PMV和PPD的计算机程序