A4-03 · 基础理论与共性技术 / 热舒适性科学
待认领listed
→
众筹中recruiting
→
已开课open · Course 售卖
一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 能说清等效温度 t_eq 的定义，以及它相对 PMV 的适用优势与信息损失
- 能由分区表面温度与热流算出 t_eq，并对照分区舒适区图判读
- 能选择并配置多节点生理模型做瞬态评价，输出 DTS/局部舒适
- 能把生理模型与座舱 CFD 或一维模型耦合，正确传递分区换热系数
- 能判断一个反常的瞬态评价结果是模型问题还是边界条件问题
内容大纲
- 为什么稳态尺子在车里断了
- 两级热惯性：皮肤温时间常数分钟量级、核心温小时量级
- 主观感觉对皮肤温变化率敏感——凉爽的“爽”来自 dT_sk/dt，不是终值
- 非稳态 + 非均匀 + 太阳直射：PMV 的三个假设一次性全破
- 行业为何转向 t_eq 与动态模型：因为要评价的是过程，不是终点
- 等效温度 t_eq
- 定义：干热损失与实际环境相同的那个均匀、静止等价环境的温度
- t_eq 把 t_a、t̄_r、v_a 压成一个数——好用，也因此丢掉了机制信息
- ISO 14505 系列按**分册实名**记，别记成「三条并行的求 t_eq 路径」：ISO 14505 系列（车辆热环境评价）：**-1 热/冷应激评价的原则与方法**（不产出 t_eq；这条分支的展开在 A4-09，本课只用 -2 与 -4）、**-2 等效温度的确定（热假人法，并含由实测 t_a/t̄_r/v_a 计算 t_eq 的途径）**、**-3 用人体受试做热舒适评价**（不产出 t_eq）、**ISO/TS 14505-4 用数值假人确定 t_eq**——即产出 t_eq 的是 -2 与 -4，讲义里叫「分析法」的那条其实对应 -4 与 -2 的计算途径，不是 -1
- 分区 t_eq 与分区舒适区图：头部可偏凉、足部要偏暖，各区判据不同
- 测与算：h_cal 是关键
- 假人分区表面温度 t_s 与热流 Q 的采集（硬件细节交给 A4-05）
- 标定环境下求各区合成换热系数 h_cal，之后 t_eq = t_s − Q/h_cal
- 椭球加热传感器（EHT probe）：没有假人时的廉价替代与它的局限
- 太阳直射存在时 t_eq 的解释陷阱：同一 t_eq 主观不同
- 动态生理模型
- 谱系：Stolwijk 25 节点 → Tanabe 65MN → Fiala → Berkeley/局部舒适模型
- 节点结构：分区 × 层（核心/肌肉/脂肪/皮肤）+ 血流耦合
- Fiala DTS：由皮肤温偏差、皮肤温变化率、核心温偏差合成
- 个体差异与参数标定：默认人体参数只给趋势，不给绝对值
- 与仿真/试验的耦合
- CFD（J4-01/J4-02）给分区对流换热系数与近体空气温度 → 喂生理模型
- 一维座舱模型 + ROM：做控制策略在环评价，对接 K3/K7；模型本身（节点划分、参数辨识、CFD→1D 分区映射）来自 J1-08，本课只用其输出
- 试验侧：假人 t_eq 与真人主观投票的相关性验证（方法见 J7-01）
- 结果不对时的排查顺序：边界条件 → 换热系数 → 模型参数 → 主观标度
关键公式
t_eq = t_s − Q/h_cal
ISO 14505-2 等效温度：分区表面温度减去热流除以标定换热系数；三个量的误差都直接进结果
(C + R)|实际环境 = (C + R)|均匀静止环境(t_eq)
等效温度的物理定义式：干热损失相等；注意它只管干热，不含出汗
DTS = f(ΔT_sk, dT_sk/dt, ΔT_core)
Fiala 动态热感觉的结构：比 PMV 多了皮肤温变化率项，这一项正是瞬态超调的来源
τ_sk ~ 分钟量级，τ_core ~ 小时量级
皮肤与核心的两级热惯性；决定 pull-down 评价窗口该取多长、什么时候才算“稳”
h_cal = Q_cal/(t_s,cal − t_a,cal)
标定环境（均匀、静止、t̄_r≈t_a）下反算的合成换热系数；假人的零点，标错则 t_eq 全错
关键概念
等效温度 t_eq等效均质温度 EHT干热损失合成换热系数 h_cal椭球加热传感器DTS 动态热感觉多节点生理模型Fiala 模型Berkeley 舒适模型Tanabe 65MN分区舒适区图pull-down 瞬态
推荐工具与标准
Fluent / STAR-CCM+（座舱 CFD，输出分区 h 与近体空气温度） TAITherm（含人体热模型与舒适模型的热-舒适求解器） THESEUS-FE（Fiala 系生理模型的整车实现） GT-SUITE / Simulink + ROM（一维座舱与控制在环评价） 热假人 + 椭球 EHT 传感器（试验侧锚点）
ISO 14505 系列（车辆热环境评价）：**-1 热/冷应激评价的原则与方法**（不产出 t_eq）、**-2 等效温度的确定（热假人法，并含由实测 t_a/t̄_r/v_a 计算 t_eq 的途径）**、**-3 用人体受试做热舒适评价**（不产出 t_eq）、**ISO/TS 14505-4 用数值假人确定 t_eq** ISO 7730（PMV 及其适用边界，本课的对照物） ISO 7726（物理量测量与仪器等级） GB/T 12782（汽车采暖性能要求和试验方法，瞬态升温工况的来源）
工程案例
曝晒后 pull-down：分区 t_eq 显示前三分钟头部已舒适，大腿背部还差好几 K，整舱 PMV 要十分钟后才转正。按 PMV 标定会无谓延长大风量；改用 t_eq+DTS 后，风向优先给腿部并加座椅通风，主观达标提前，峰值功率也降。
动手做
交付物 · 拿 pull-down 瞬态结果：① 按分区算 t_eq(t)，标出各区进舒适区时刻；② 用动态模型算 DTS(t) 与主观投票叠图；③ 找出 PMV 与 DTS 结论相反的时间窗归因。交付：t_eq 曲线 + DTS 对照图 + 归因页。
常见误区
- 拿 t_eq 当“另一个空气温度”读：它是 t_a/t̄_r/v_a 的合成，同一个 t_eq 可来自“低温无风”或“高温强风”，机制完全不同
- 换环境舱、换季、改装假人后不重标 h_cal：h_cal 是标定环境的产物，t_eq 会整体平移，而这种偏差在数据里看不出来
- 太阳直射下直接套 t_eq 舒适区图：舒适区图多来自无直射条件，直射会让同一 t_eq 的主观评分明显偏热
- 用默认人体参数报 DTS 绝对值：模型的强项是趋势与方案对比，绝对值必须用本项目主观数据标定
- CFD 只交空气温度、不交分区换热系数：生理模型最敏感的输入就是 h，缺 h 等于把结论交给求解器的缺省值
相关课题