飞机座舱内人体显热散热量的实验与模拟研究

摘要

飞机座舱是一个相对狭小而又人员密集的封闭空间，乘客需要度过几个小时的短途旅程或者十几小时的长途旅程，所以适宜的座舱环境对于乘客的舒适和健康显得尤为重要。作为座舱环境的热源、阻碍物，人体通过与周围环境的能量交换和相互作用影响客舱流场的分布和人体微环境。如何定量评估座舱内人体散热特性及其与座舱流场和人体微环境的关系尚未见报道。
　　客舱内人体的显热散热量是影响流场的重要因素，前人注重与人体有关的流场参量的研究，更需要关注人体显热散热对流场影响的研究。低风速，高人员密度的座舱环境与办公建筑不同，办公建筑中人体散热与环境相互作用的结果并不完全能够适用于座舱环境。辐射散热是人体散热的重要途径，占据着显热散热的较大比例。因此，座舱环境中人体散热与微环境的关系，人体对流、辐射散热量的研究是本文将要研究的内容。
　　满员座舱环境中乘客散热受多因素作用，不易采用单纯的实验测量手段。应用CFD技术分析人体显热散热及流场信息是一种有效的方法。然而，由于CFD模拟结果受计算模型和近壁面处理方法的影响较大，需要通过搭建一个仿真的单人座舱平台，以验证适用于座舱环境中计算人体显热散热的湍流模型和辐射模型，并评估相应模型的误差。而后将验证过的湍流、辐射模型应用于满员座舱中，分析多人环境下人体显热散热与座舱环境的关系。
　　研究发现不同位置人体的对流辐射比（C/R）分布不一致，但人体的辐射散热占据较大比例。人体对流换热系数受温差的影响很小，受风速的影响很大，且高于办公建筑人体的对流换热系数。辐射换热系数与舱内壁面温度分布和人体位置无关，为3.8W/(m2·K)。不同位置人体的平均辐射温度受座舱内壁温度与座椅壁面温度差值的影响。本文采用的SST k-ω湍流模型和S2S辐射模型预测的对流散热量与实验值偏差6.23％，辐射模型预测值偏差0.07%，显热散热量的预测值偏差3.55%，适用于分析座舱中人体的显热散热。

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第一章 绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及意义

第二章 飞机座舱中人体微环境的综述

2.1座舱的气流组织

2.2座舱气流分布标准

2.3人体散热平衡评价指标

2.4本章小结

第三章 仿真实验舱的搭建及CFD原理

3.1实验研究

3.2 CFD数值模拟研究

3.3实验与数值计算误差分析

3.4满员座舱环境与单人座舱环境

3.5本章小结

第四章 仿真座舱中人体显热散热的实验与模拟研究

4.1辐射散热的实验与模拟研究

4.2对流散热量的实验与模拟研究

4.3显热散热的实验及模拟研究

4.4本章小结

第五章 满员座舱中人体显热散热的模拟及分析

5.1满员座舱的几何模型

5.2满员座舱的数值模拟策略

5.3满员座舱人体显热散热的模拟研究

5.4本章小结

第六章 结论及展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文及科研情况

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