J4-01 乘员舱气流组织与温度场 CFD

课程代码 J4-01 · 板块 J 仿真分析 CAE / J4 乘员舱与舒适性仿真 时长 约 4.0 小时（6 讲 + 1 次仿真实操） 适合对象 座舱热管理 / HVAC 仿真工程师（CFD 方向必修）；系统工程师了解结果解读（选修） 前置 J2-01 CFD 基础、湍流模型与网格划分（Fluent/STAR-CCM+）；C2-07 风道设计与出风分配（吹面/吹脚/除霜） 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义，是 J4-01 大纲的完整展开版

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引言：这份座舱 CFD 准不准，在按下 Run 之前就已经定了

一份座舱 pull-down 仿真交出来的样子往往很体面：残差压下去了，云图光滑，呼吸区温度在十分钟后与热电偶实测差得不多。可是把前五分钟的曲线摊开对，形状对不上——仿真降得更快，仪表台表面温度整体偏低。接下来发生的事几乎是固定套路：加密一层网格、换一个湍流模型、把亚松弛调小再跑两轮。两轮之后差还在，于是得出「网格已经够了」这个结论，收工。

这条路之所以整轮空转，是因为它跳过了一个更靠前的问题：这个偏差属于哪一类。加密网格与换模型改的是「方程被解出来的精度」，而上面那个偏差的根压根不在精度层——它在初始条件上：内饰、座椅、玻璃在暴晒结束那一刻比舱内空气烫得多，而模型把它们和空气一起按同一个环境温度给了。这类缺口有一个共同特征：它不会让算例发散，也不会在残差、网格无关性或求解器日志上留下任何痕迹，结果照样出得来、照样收敛、照样好看。所以它必须在按下 Run 之前就被逐条查掉，事后没有任何手段能把它从结果里分离出来。

本课要交出五项当场可验的能力：把台架实测或一维系统仿真给出的出风口条件正确映射成 CFD 边界（连它给的是分布还是只有一个总量一起判）；按浮力的影响程度选强制、自然还是混合对流的处理方式；建出太阳辐射负荷模型并算出舱内的空间温度分布；用呼吸区、脚部、头部这些关键测点核验结果可不可信，并分清「温度与风速达标」和「空气新鲜度达标」是两套口径；认出座舱建模里那几类典型错设——其中最要紧的一类是只给送风入口、不给泄压与渗漏出口。全课六讲：第 1 讲定计算域与进出口、初场；第 2 讲判浮力与湍流处理；第 3 讲做辐射与太阳负荷；第 4 讲是网格与求解设置；第 5 讲做结果提取与场诊断（含空气龄与浓度场）；第 6 讲对标、归因与向下游交付。⚠ 先把定义域说死：本课的计算域自出风口断面起，空调箱与风道内部不在其内；要做「全箱＋风道」联算，去 J4-04 HVAC 空调箱总成级 CFD：箱内建模、开度扫描与内漏标定。

钉子①：座舱 CFD 算得准不准，在按下 Run 之前就由三本账定了——质量账、能量账、辐射波段账；网格与湍流模型只决定这三本账被解出来的精度，补不了账本身的缺口。三本账各有各的闭合判据，且都是可以在建模阶段逐条打勾的是非题。质量账——进舱的送风必须有等量的出路：泄压阀口按压力出口给（带阀片开启压差与阻力特性），车身缝隙按分布式渗出给（分布阻力面或等效多孔介质）。只给入口不给出口，求解器要么报质量不守恒，要么在某个边界上隐式补出一个非物理出口；后一种更麻烦，因为它照样收敛，而那个假出口的位置完全由数值决定。能量账——soak 初场不是一个温度，是一个场：内饰、座椅、玻璃各有各的温度分布，而在第 1 讲的教学算例里（输入是教学假设值，⛔ 不对应任何平台、⛔ 禁止照抄取用），内饰的有效热容是舱内空气热容的十倍量级。按均匀环境温度给初场，等于把这十倍的蓄热一笔勾销，而 pull-down 前段的降温曲线几乎全由它决定。辐射波段账——短波（太阳）与长波（表面互辐射）必须分两个波段给材料属性：短波用太阳吸收比 α_s 与玻璃太阳直接透射比 τ_e，长波用红外发射率 ε_IR，玻璃对长波近似不透明。用同一个灰体发射率同时代这两处，会同时算错内饰升温速率与玻璃的温室效应。这根钉子在第 1 讲的 1.4~1.6 被做成前两本账的逐条检查表，第 3 讲 3.5 收第三本账；第 4 讲开头会显式说明网格与模型的位置在三本账之后；第 6 讲偏差归因的第一步就是回查三本账；典型案例详解是它的一次完整演练。

钉子②：温度场达标 ≠ 空气组织达标——这是两套口径、两张图、两个整改方向。热学量（各测点空气温度、内饰与玻璃表面温度、触摸温度、平均辐射温度）判「凉不凉」；输运量（局部平均空气龄 τ_p、换气效率 ε_a、局部空气交换指标 ε_p、污染物去除效率 ε_c）判「换没换过气」。这两套口径给出的结论可以相差很远：温度还会靠导热与辐射被抹平，所以温度场往往已经看着均匀，而空气其实没换过——送风没穿透乘员区就直接回到了回风口。⇒ 两者的整改方向也不同：温度不均改风量与出风角度，空气龄不均改出风口与回风口的相对布置。这根钉子在第 5 讲整讲展开，动手做的交付物要求两套口径各出一份。⚠ 两条钉子不是包含关系，也不互为推论：钉子①管「算出来的东西对不对」，钉子②管「该看哪些东西」——它们各由各的判据成立，⛔ 不要从其中一条推出另一条。

往下走之前，先把本课最容易被读反的那一条立在这里。第 5 讲会把 τ_p 称作最便宜的诊断量、用它识别短路气流与滞留区，而验收目标里又要求用它判空气新鲜度——三句各自都对，合起来却很容易被读成一句话：「空气龄越小越好，所以改善气流组织就能把座舱的平均空气龄降下来」。⛔ 这句是错的，而且它会让人做出方向相反的具体动作：缩短送风口到回风口的路径去「降低平均空气龄」——报表上的数确实好看了，实际是把短路做得更彻底、呼吸区更陈旧。第 5 讲 5.2 会把这句话当场算破：在稳态、单一新风供气、被动示踪、无内部源汇这四个条件下，排风口处的空气龄恒等于名义时间常数 τ_n = V_cabin/V̇_fresh，与气流组织完全无关；气流组织能改的只有空气龄的空间分布。正确读法是：τ_p 不是一个越小越好的质量分，它是一张「新鲜空气什么时候到达这里」的分布图；要判读的是分布，且要用无量纲的 ε_p = τ_n/τ_p，⛔ 不是带量纲的 τ_p 本身，更不是它的全舱平均。

最后交代本课不给什么，免得读者按错的期待往下读。① 凡带代入值的算例，输入与结果一律是教学假设值，只为让你跟着手算一遍，⛔ 不对应任何平台、⛔ 禁止照抄取用；② 网格量、内存与墙钟时间、舱内正压与渗漏量、测点位置定义、内饰表面触摸温度限、受晒侧与背阴侧的温差——这些取决于平台与项目，本课不给数，只给判据与该由谁确定；③ 本课涉及的三份试验与评价类文件（ISO 14505 系列、GB/T 12782，以及各主机厂的内部台架与整车试验规范），未独立核对原文，故只写标准号与去向，⛔ 不写任何条款内容、参数与限值，版次与实施日期以现行有效目录为准；④ 有几件事有明确的属主，本课只写去向：湍流模型机理、y⁺ 与网格无关性研究的做法在 J2-01 CFD 基础、湍流模型与网格划分（Fluent/STAR-CCM+）；发射率与吸收率的物理基础在 A1-03 辐射换热与整车热害中的辐射屏蔽；玻璃太阳直接透射比 τ_e 与太阳吸收比 α_s 的取值口径统一走 C1-06 乘用车座舱制冷负荷计算书：逐项取值、UA 标定与环境舱对账，使 CFD 边界输入与系统级负荷账同源；CO₂ 产生率与最小新风量在 A4-07 多感官舒适：湿度、气味、噪声与光的协同，滤芯与循环模式在 C4-01 空气过滤：PM2.5/HEPA/活性炭与 AQS 传感，VOC 源强与整改排序在 C4-02 车内空气质量（VOC/异味）与净化技术，本课只把它们当源项与汇项接进来；人体舒适指标在 A4-02 热舒适评价模型：PMV-PPD 与局部热舒适 与 J4-02 热舒适仿真与虚拟热假人；凝结与除雾的数值方法在 J4-03 除霜除雾风窗仿真；soak 初场的两条来路分别接 J1-08 座舱一维多节点热模型与参数辨识（含 CFD→1D 分区映射） 与 L3-03 整车降温/升温性能主客观评价；而本课的结果要往下游交三条链——人体表面热边界给 J4-02 热舒适仿真与虚拟热假人，分区平均温度与分区对流换热系数给 J1-08 座舱一维多节点热模型与参数辨识（含 CFD→1D 分区映射），组分输运求解器的复用边界给 J4-03 除霜除雾风窗仿真。

第 1 讲　建模范围、几何简化与进出口／初场边界：按下 Run 之前就定下来的那两本账

这一讲不讲网格，也不讲湍流模型。它回答的是一组更早的问题：这次要交的响应量是什么、计算域画到哪里、哪些几何能删、边界有哪几类、初始时刻舱内是什么状态。这些问题的答案在按下 Run 之前就把结果的上限定死了——三本账里的质量账与能量账都在这一讲关闭，而第 4 讲要调的网格与湍流模型只决定这两本账被解出来的精度，补不了账本身的缺口。六节按一条建模顺序排：先画边界全集与几何取舍（1.1）、再定进气侧边界的来源与计算域射程（1.2）、再定这次算稳态还是瞬态（1.3）、再定车外环境（1.4）与初场（1.5）、最后补上最容易整类漏掉的出口边界（1.6）。走完 1.4~1.6，前两本账会变成一张可以逐条打勾的表。

本课的空气物性基准态（全课统一，后面各讲一律沿用） 25 ℃、101.325 kPa 干空气：ρ=1.184 kg/m³ · c_p=1007 J/(kg·K) · μ=1.837×10⁻⁵ Pa·s · ν=μ/ρ=1.552×10⁻⁵ m²/s · λ=0.0261 W/(m·K) · Pr=μc_p/λ=0.709 · β=1/T=3.354×10⁻³ K⁻¹。 算法一并写明：ρ 由理想气体式 p/(R_d·T) 逐点算得（R_d=287.05 J/(kg·K)、T=298.15 K）；μ 由 Sutherland 关联式算得（μ₀=1.716×10⁻⁵ Pa·s、T₀=273.15 K、S=110.4 K）。 ⚠ 手册表值与本式算值略有出入——μ 的常见表值约 1.849×10⁻⁵ Pa·s。两个出处都记下来，不合并成一个数；全课统一用本式算值并写明算法，⛔ 不写成「与手册一致」——那是两条不同路子算出的两个数。 ⚠ pull-down 工况舱内温度跨度很大、物性随温度变。本课凡做量级估算一律在这个基准态取值并显式声明，⛔ 不在同一个比较里混用两个温度下的物性。

本课的教学算例输入（全课统一，后面各讲一律沿用） V_cabin=3.0 m³ · V̇_fresh=100 m³/h · V̇_recirc=480 m³/h · L_ref=1.0 m · L_cabin=2.0 m · U_jet=3.0 m/s · U_occ=0.3 m/s · ΔT=10 K。 ⚠ 这一组是教学假设值，只为让你跟着手算一遍，不对应任何平台、⛔ 禁止照抄取用。真实值须由本项目的座舱数模容积、HVAC 台架风量与试验工况定义给出。

1.1 计算域画到哪里、几何删到哪里：先画边界全集九类与机制全集七类，再逐件问三个问题

是什么（边界全集）。座舱 CFD 的边界不是「进口＋出口」两类。一次画全，是九类：

① 送风入口——吹面／吹脚／除霜／后排／座椅通风各出风断面，速度型或质量流量型（1.2）。 ② 回风格栅——内循环下它是入口，新风模式下是舱内空气的去处之一；同一个几何面在两种模式下角色不同。 ③ 泄压阀出口——压力出口，带阀片开启压差与阻力特性（1.6）。 ④ 车身缝隙渗漏——分布阻力面或等效多孔介质；舱内正压时是出、负压时是进，方向随工况变（1.6）。 ⑤ 外围护固体壁面——玻璃／顶棚／地板／门板，外侧再分对流、长波辐射与短波 sol-air（1.4）。 ⑥ 内部固体域——座椅、仪表台、内饰板：有热容、参与导热与表面互辐射（1.5）。 ⑦ 乘员表面——同时是热源、湿源与 CO₂ 源，且本身是壁面边界。 ⑧ 外部环境——车外对流换热系数分驻车与行驶两档、地面反射、天空长波（1.4）。 ⑨ 内部源汇——内饰面释放、滤芯捕集；只在做浓度场时才出现。

⚠ 这九类的划分是本课依据座舱问题归纳的，⛔ 不来自任何标准。

为什么要先画全集再逐项核对。沿着「进口 → 出口」这条最熟悉的线索往下数，多数人画得出①③⑤三类，必然漏掉④⑥⑦⑨四整类。而漏掉的这四类不会以「少了一条」的形式暴露——它是整类不出现：网格照划、算例照收敛、云图照样漂亮，边界表看起来是完整的。更要紧的是，这四类恰好落在三本账的缺口上：缺③④是质量账不闭合（1.6），缺⑥是能量账的初始蓄热为零（1.5），缺⑦是热源、湿源与 CO₂ 源整支消失——而乘员的几何还在，最难被发现。

自检只有两问：① 我是沿着什么线索数出来的？② 有没有不在这条线索上、但同样属于这个集合的东西？答不出第二问，说明还没建全集。

射程。①~⑧ 在本课射程内。⑨ 的源强口径不在——CO₂ 产生率的口径去 A4-07 多感官舒适：湿度、气味、噪声与光的协同，内饰 VOC 面释放的口径去 C4-02 车内空气质量（VOC/异味）与净化技术，滤芯捕集效率去 C4-01 空气过滤：PM2.5/HEPA/活性炭与 AQS 传感；本课只把它们当作标量输运方程的源项与汇项接进来。①的上游——空调箱与风道内部的流动——同样不在本课计算域内，见 1.2。

工程量级。这一条不给数，它是一张可打勾的表：九行，每行写清边界类别与「缺了会怎样」，建模阶段逐条打勾，交付时随结果一起交。

第二个全集：座舱内可能主导的传热与输运机制——七类，不是「对流＋辐射」两类。边界画全了，还要再问一遍「这个舱里有哪些物理机制可能说了算」——漏掉一类机制与漏掉一类边界是同一种形态：整类不出现，而不是「少了一条」。

① 强制对流——送风射流（第 2 讲判它与浮力谁主导）。 ② 自然对流——热玻璃、热内饰、人体的浮力羽流（2.1 与 2.4）。 ③ 表面间长波辐射——内饰↔乘员↔玻璃，属性用 ε_IR（3.2）。 ④ 短波太阳——直射与漫射，透过玻璃直接打在内饰上，属性用 τ_e 与 α_s（3.1~3.2）。 ⑤ 固体内导热与蓄热——内饰热容，pull-down 长瞬态前段的主导项（1.5 的热容账）。 ⑥ 质量输运——新风与渗漏带进带出的焓与组分（1.6、5.4、5.6）。 ⑦ 相变——除湿析水与玻璃结雾。

⛔ 只沿「对流＋辐射」这条线索枚举，必漏⑤⑥⑦三整类；而 pull-down 前二十分钟恰恰由⑤主导，内循环与新风切换的效果又全落在⑥上。射程：①~⑥在本课射程内；⑦不在——凝结成膜的数值方法与除雾判据归 J4-03 除霜除雾风窗仿真，本课只声明它存在，以及它与本课共用同一套组分输运求解器这一条交接。⚠ 这七类的划分与前面那九类一样，是本课归纳的，⛔ 不来自任何标准。

几何删到哪里：逐件问三个问题。几何简化的判据不是「删得越少越准」——那既做不到、也不是目标；判据是这个特征参不参与本次要交的那个响应量。逐件问三个问题，三个都不是才能删：① 它是不是热源／辐射面／遮挡体？② 它是不是流道的定形件？③ 它是不是测点定义的参照物？

• 乘员不能删。它同时是热源、湿源与 CO₂ 源（第①问），是舱内最大的遮挡体（还是第①问），而且呼吸区测点的位置本身就是相对乘员几何定义的（第③问）。把乘员删掉再宣称算了呼吸区温度，那个「呼吸区」在几何上不存在。
• 座椅不能简化成一块无热容的板。它是内部固体域（⑥），有热容；而且座椅面料加泡沫这一层在常见内饰材料里被晒热得最快，暴晒后表面最烫——这一点在第 3 讲会收敛成一个可手算的量。
• 出风口格栅叶片不能用一个平面代替。它定射流的出射角与初始湍流度（第②问），而射流穿透深度对出射角极敏感。
• 仪表台的装饰纹理、卡扣、螺钉可以删——三问全否。

★ 同一台车做温度场与做空气龄场，该保留的几何不是同一套：短路通道往往正好从做温度场时被删掉的那条缝隙里走。所以几何简化跟着响应量走，⛔ 不能一套几何用到底。

易错点。

• 删掉乘员却保留呼吸区测点。测点悬空，之后的对标全是在比两个不同位置上的数。
• 把座椅简化成一块无热容的板。几何还在、热容没了，这类错最难被发现（后果见 1.5 的热容账）。
• 做空气龄场时沿用做温度场的那套几何。
• 只用「删掉之后网格量降了多少」衡量简化的收益。网格量属平台相关量，本课不给数；要看的是一对量——网格量降了多少、响应量变了多少。只看前者等于只算了成本没算代价。

1.2 出风口边界有三个来源，选来源就是在选口径；而本课计算域自出风口断面起

是什么。送风入口（全集①）的边界数据有三个来源，它们给出的不是同一种东西：

• 台架实测速度型（PIV／热线）——给的是断面上的速度分布与角度分布；
• 1D 系统仿真（KULI／AMESim 一类）——给的是总流量与温度，没有分布；
• 上游 CFD 的出风断面结果——由 J4-04 HVAC 空调箱总成级 CFD：箱内建模、开度扫描与内漏标定 的总成级箱内 CFD 给出，含完整的速度、温度与湍流量分布。

⚠ 边界条件的来源不止这三类，只是另外三类不落在出风口这一侧：设计目标值（硬件还没有时的初版）、上一代平台数据（只可作初版占位并标明来源，有实测后必须替换；门限类的量禁止抄上一代）、以及试验规范规定的环境工况（环境温度、太阳辐照、车速——本课只写去向，⛔ 不写条款内容）。这六类的分法是本课归纳的。

为什么要连口径一起选。边界类型（速度型 vs 质量流量型）不是精度档位，它决定射流的初始动量分布还在不在：

• 给质量流量型边界，求解器会把流量按均匀分布铺开，初始动量分布被抹平；
• 给速度型边界却只填一个断面平均值，等于把速度型退化成质量流量型再乘一个面积——两种做法在数值上是同一件事。

工程量级。射流的穿透能力由出口动量通量决定，而动量通量 ∝ ∫u²dA。给定同一个体积流量（同一个 ∫u dA），当速度在断面上不均匀时，∫u²dA 严格大于用平均速度算出来的值——这是凸函数不等式的直接结果，可以自行验证。所以用平均速度代替速度型，永远低估动量通量、永远把穿透深度算短，进而把射流卷吸的空气量算少，局部温度场被算得比实际更「近处冷、远处热」。⚠ 按方向性量的使用纪律，这条结论声明的是一个方向（低估），⛔ 不得反向使用去论证「所以实测速度型给出的结果一定偏保守」。低估的幅度取决于速度型的不均匀程度，属平台相关量、本课不给数，须由本项目的出风口台架速度型实测给出。

计算域的起点必须写死。本课的计算域自出风口断面起——空调箱内部与风道内部的流动不在其内。要做「全箱＋风道」联算，去 J4-04 HVAC 空调箱总成级 CFD：箱内建模、开度扫描与内漏标定。这原本只是一个隐含约定，已经出过事（外部课程误引本课去做全箱联算），所以它必须以显式声明的形式写在建模文档第一页，而不是靠默契。

易错点。

• 把 1D 给的总流量直接当速度型用。那等价于均匀分布，前面那条不等式立刻生效。
• 忘了声明计算域的起点。接手的人不知道边界画在哪，就会把本课的模型误当成全箱联算模型去引。
• 温度边界只给一个值而不给断面分布。冷热风混合型空调箱的出风断面本身是有温度梯度的，给一个平均温度会把这个梯度整支抹掉。

1.3 稳态给终点、瞬态给路径：pull-down 的工程结论几乎全在路径上

是什么。稳态解回答「一直开着最大制冷，最后座舱是什么样」；瞬态解回答「从暴晒结束那一刻起，各测点温度怎么随时间下降」。两者不是精度档位的两档，是回答两个不同的问题。

为什么 pull-down 必须做瞬态。两条，各自独立成立：

① pull-down 的验收量本身就是时间量——到某温度所需时间、前 N 分钟的降温速率。稳态解在定义上给不出它，它只给渐近线的位置。 ② 前段的降温速率由内饰蓄热主导（1.5 的热容账）。而稳态解里内饰早已与空气同温，那段物理整个不存在——不是算得不准，是不在方程里。

工程量级。用本讲开头那组教学假设值代进去，pull-down 涉及的时间常数跨约三个数量级：射流建立 L_cabin/U_jet = 2.0/3.0 = 0.67 s；名义时间常数 τ_n = V_cabin/V̇_fresh = 3.0/100 h = 108 s；内饰的热时间常数约 1080 s。稳态解相当于把最慢的那一支取到无穷远。第 4 讲会把五类时间常数一起画在同一根对数时间轴上，并说明时间步由最快的一支定、总时长由最慢的一支定。⚠ 这几个数由定义式代入教学假设值算得，同属教学算例，⛔ 不得当作任何平台的取用值。

易错点。

• 只做稳态就宣称评估了 pull-down。验收量是时间量，而稳态解不含时间。
• 做了瞬态却把总时长设成只有一到两个内饰时间常数。那时内饰还远没到平衡，把此时的场当成「稳定了」，这一点必须写进结果的适用声明。
• 用稳态解当瞬态的初场却不声明。那等于悄悄把能量账的初始条件换成了另一套（1.5）。

1.4 车外环境边界的核心不是环境温度，是外表面等效换热系数 h_o

是什么。照到不透明车身外表面上的短波太阳，工程上折算成一个等效的环境温升，再乘围护传热系数，才是真正进舱的那一部分。这就是综合温度（sol-air）：

T_sol-air = T_amb + α_s·I/h_o，即温升 ΔT_sol-air = α_s·I/h_o

其中 α_s 是短波太阳吸收比（无量纲），I 是照到该表面上的太阳辐照度（W/m²），h_o 是外表面对流加长波的等效换热系数——它不是纯对流换热系数，这个口径必须随结果一起声明。

⚠ 符号约定：本课的太阳吸收比一律写作 α_s、带下标。α 在传热里通常指热扩散率 λ/(ρc)，单位 m²/s，与这里的无量纲吸收比是两个量，⛔ 正文中禁止裸写 α。

为什么两档必须分开。h_o 在分母上。驻车时 h_o 小（自然对流加长波），同样的 α_s·I 折算出来的温升可以很大；行驶时强迫对流把 h_o 抬高数倍，温升成比例回落。所以同一台车的车身得热，在驻车与行驶下不是一个量级——两种工况的 h_o 必须分别确认，⛔ 不能取一个值走天下。

工程量级。教学算例取车顶水平面 I=1000 W/m²、深色漆 α_s=0.9（两者都是教学假设值，不对应任何平台、⛔ 禁止照抄取用）：

• 驻车 h_o=12 W/(m²·K) → ΔT_sol-air = 0.9×1000/12 = 75.0 K
• 行驶 h_o=80 W/(m²·K) → ΔT_sol-air = 0.9×1000/80 = 11.3 K

两档差约 6.7 倍。⚠ h_o 的两档取自行业典型带（驻车时小、高速行驶时大数倍），只作「典型」用；⛔ 端点不是可承诺值，⛔ 不得据它把某个 h_o 判成「刚好合格」。

易错点。

• 两种工况取同一个 h_o 走天下。这是本节唯一要防的那个动作。
• 把地面反射与天空长波整类漏掉。暴晒下的地面本身就是一个高温辐射面，它对车底与侧面的贡献⛔ 不能按环境温度代——这是全集⑧里的两支。
• 把 α_s 与长波发射率 ε_IR 混用。h_o 里长波那一半会跟着错；这个错设的完整形态与它的量化后果在第 3 讲。

1.5 soak 初场是一个场，不是一个温度：两条来路，与那笔十倍的热容账

是什么。pull-down 或暴晒瞬态的起点不是「舱内某个温度」这样一个数，而是空气、玻璃、仪表台、座椅面料、座椅泡沫内部各自的温度分布。它有两条来路：

• 1D 长瞬态自算后映射——由 J1-08 座舱一维多节点热模型与参数辨识（含 CFD→1D 分区映射） 的座舱多节点模型跑完整的浸车长瞬态，得到各节点温度随时间，再按分区映射到 3D 固体域。前置条件是先得有一个已标定的多节点模型（怎么标定去 J1-08 座舱一维多节点热模型与参数辨识（含 CFD→1D 分区映射），本课不重讲）。
• 浸车实测映射——由 L3-03 整车降温/升温性能主客观评价 的浸车实测测温网格给出表面与若干埋点温度，再按位置插值到 3D 固体域。前置条件是要有实车与浸车工位；而且实测只给表面与埋点，内饰内部的分层温度仍要靠导热反推。

两条路都要求同一件事：内饰固体域必须分层，并给热容与热物性。

为什么必须分层。内饰件是厚的。暴晒结束时它的表层与背层可以差很多，而只有表层参与后续几分钟的换热。把整块内饰当成一个等温体，会在前段同时高估它对空气的加热、又低估它的蓄热深度——两个方向的错一起发生，最后凑出一条「看起来还行」的曲线。

一并要声明的敏感项：天窗、遮阳帘、内饰颜色与材料——它们直接改 α_s 与有效太阳开口面积。

那笔热容账（可手算）。初场为什么必须建对，有一个可以当场算出来的根据：把两侧的热容摆在一起。

• 空气侧：C_air = V_cabin·ρ·c_p = 3.0 × 1.184 × 1007 = 3.58 kJ/K（ρ 与 c_p 取本讲开头的统一基准态，V_cabin 取教学假设值）
• 内饰侧：C_int = m·c = 30 × 1500 = 45.0 kJ/K（有效参与层质量 30 kg、比热 1500 J/(kg·K)）
• 比值：45.0 ÷ 3.58 ≈ 12.6

⚠ 内饰侧的两个输入是教学假设值，不对应任何平台、⛔ 禁止照抄取用；真实值须由本项目的内饰件质量清单与材料数据表给出。

把同样一份冷量分别投给这两个热容，温度下降速率之比就是这个倍数的倒数。所以 pull-down 前段发生的事不是「把空气吹凉」，是「把内饰的热掏出来」——空气温度的下降速率在前段几乎完全由内饰的放热速率决定，而内饰的放热速率由它的表面换热与被晒热的快慢决定（第 3 讲）。按均匀环境温度给初场，等于把这 45.0 kJ/K 里的温差项一笔勾销。

⛔ 这个比值只用于说明「前段由谁主导」，⛔ 不得反用它去反算降温时间。

还有一个常被漏掉的输出量：内饰表面触摸温度。它由内饰的表面温度决定，不是舱内空气温度——所以必须建了内饰固体域与热容才算得出来。它的限值由本项目的人机与安全规范给出，本课⛔ 不给数、⛔ 不给等级号；本课只做两件事：声明它必须进交付物，并说明它为什么依赖固体域。⚠ 这类门限须由本项目确定，⛔ 禁止抄上一代平台。

易错点。

• 按均匀环境温度给初场（内饰、座椅、玻璃与空气同温）——pull-down 前二十分钟的温度场形状全错，而且这个错的形态是「终点对上了、路径全错」，最难被发现。
• 只给表面温度而把内饰当绝热薄壳。等于热容为零，表面温度会被吹凉得飞快。
• 天窗、遮阳帘、内饰颜色与材料的敏感性没做。它们改的是 α_s 与有效太阳开口面积，不是一个「小修正」。

1.6 出口边界不能缺：最危险的后果不是报错，是它照样收敛

是什么。座舱是一个有压的腔：送风把舱内压到略高于环境，多余的空气从泄压阀与车身缝隙挤出去。这两条出路在 CFD 里必须显式建出来：

• 泄压阀口——压力出口，且带一条阀片开启压差与阻力特性；⛔ 不是自由出流。
• 车身缝隙渗漏——沿车身的分布阻力面，或等效多孔介质。

为什么。只给送风入口不给排气出口，求解器的反应可以归成三种后果：

① 报质量不守恒——这是最好的情形，因为错误可见。 ② 在某个边界上隐式补出一个非物理出口——它照样收敛、云图照样漂亮，而那个假出口的位置完全由数值决定。速度场的整体走向随之失真，呼吸区的浓度场跟着失真。 ③ 舱内压力被数值抬高——进而改变渗漏的方向与流量。

第②种最危险，因为它不报错。这就是质量账那一条的具体形态：账不闭合时，你拿到的不是一个「误差大一点」的解，而是一个建立在假出口上的解。⚠ 这三种后果的分类是本课归纳的，⛔ 不来自任何标准。

工程量级与方向。舱内正压属平台相关量，本课不给数；但方向是确定的：正压时缝隙是出口；负压时（例如高速行驶在车身某些区域引起的外部低压）同一条缝隙变成入口——边界类型会翻转。这一点必须按工况分别声明，⛔ 不能设一次用到底。

易错点。

• 只建泄压阀不建缝隙。渗漏量在整车上不是小项，缺了它质量账照样不闭合。
• 把缝隙建成自由出流。少了阻力特性，出流沿车身怎么分布全靠数值定。
• 做浓度场时沿用做温度场时那套「缺出口」的模型。温度场对它相对钝，浓度场对它极敏感——温度还能靠导热与辐射抹平，而组分只受输运支配。

本讲收口：前两本账的逐条核对表。下面这张表是本讲 1.1~1.6 的产物，也是三本账里前两本的关闭判据。⚠ 它是本课归纳的，⛔ 不来自任何标准。用法是：建模阶段逐条打勾，交付时随结果一起交。

账	逐条核对什么	缺了会怎样	在哪一节
质量账	送风入口建了没有；给的是速度型还是质量流量型，口径声明了没有	初始动量分布被抹平，射流穿透深度被系统性算短	1.2
质量账	泄压阀口建了没有（压力出口＋阀片开启压差与阻力特性）	质量不守恒，或被隐式补出一个非物理出口	1.6
质量账	车身缝隙渗漏建了没有（分布阻力面／等效多孔介质），方向按工况声明了没有	同上；且正负压下边界类型会翻转	1.6
质量账	回风格栅在本次循环模式下是入口还是出口，说清了没有	内循环下它是入口，温度边界会取错	1.1
能量账	内部固体域（座椅／仪表台／内饰板）建了没有、分了层没有、给了热容没有	初始蓄热为零，前段降温曲线整体偏快	1.1 / 1.5
能量账	初场的来路声明了没有（1D 自算映射／浸车实测映射）	初场退化成一个均匀温度，前段形状全错	1.5
能量账	车外的 h_o 按驻车与行驶两档分别确认了没有	车身得热差一个量级	1.4
能量账	乘员表面建了没有（热源＋湿源＋CO₂ 源）	热源与源项整支消失，而几何还在，最难被发现	1.1
能量账	内饰表面触摸温度进交付物了没有	一个由表面温度决定的输出量被漏掉	1.5

第三本账——辐射波段账——在第 3 讲关闭。三本账都闭合之后，第 4 讲的网格与湍流模型才开始决定精度。