对热舒适性建模

可以对不同复杂程度的热舒适性建模。等效均匀温度模型以等效均匀温度 (EHT) 的形式快速提供局部热舒适性指数。Fiala 热调节模型提供了更多详细信息，其包含人体的热生理反应，还可通过皮肤温度分布和整体热舒适性指标评估热舒适性。

对于这两个模型，必须将人体模型几何体细分为可处理的部件。人体模型几何体未网格化，但仅表示体表面。对于 Fiala 热调节模型，人体模型内的温度是在不需要体网格的热网络中计算的。

目前，只能在稳态模式下运行热舒适性模拟。在座舱或舱室中，根据太阳和热辐射、对流和共轭传热，计算人体模型与实体部件之间的流体和热求解。

如果在一次模拟中将等效均匀温度模型和 Fiala 热调节模型相结合，则等效均匀温度模型的皮肤温度来自 Fiala 热调节模型。如果单独运行等效均匀温度模型，则指定热网络交界面处的皮肤温度。

要对热舒适性建模：
  1. 导入座舱几何体并进行网格化。座舱内的乘客未网格化。如果要考虑座椅或方向盘中的热传导，可创建为这些几何部件创建具有交界面的实体网格。
    考虑热舒适性模拟所需的边界条件，例如，加热或冷却通风口的流入和流出边界条件，或透明窗口的单独壁面边界条件。
  2. 定义座舱气流的物理连续体。
    1. 右键单击连续体节点，然后为座舱气流创建物理连续体。
    2. 右键单击[座舱空气物理连续体] > 模型节点，然后选择下列模型：
      组合框 模型
      空间 三维
      时间 稳态 - 只能将热舒适性建模为稳态模拟。
      材料 气体
      流体 下列某个模型：
      • 耦合流体
      • 分离流
      状态方程 下列某个模型：
      • 恒密度
      • 理想气体
      粘滞态 任何
      可选模型
      • 耦合能量（如果选择耦合流体）
      • 分离流体焓之一、分离温度（如果选择分离流
      • 辐射
      太阳辐射 太阳能负载
  3. 如果要考虑座椅和/或方向盘中的热传导，可为实体创建另一个物理连续体。选择适当的能量模型并定义固体材料。
  4. （可选）在没有热舒适性模型的情况下运行纯热模拟，以获得良好的初始解算方案。
  5. 将人体模型拆分为选定热舒适性模型所需的部件。请参见拆分人体模型几何体。
  6. 定义热网络连续体。在此热网络连续体中，指定要使用哪些热舒适性模型并为人体模型设置属性。
    1. 右键单击连续体节点，然后创建物理连续体。
    2. 右键单击[热网络物理连续体] > 模型节点，然后选择下列模型：
      组合框 模型
      可选模型 热舒适性

      请参见热舒适性模型参考。
      下列某个模型：
      • 耦合 Fiala 热调节 - 如果要执行详细的热舒适性分析，且之前已在[座舱空气物理连续体]中选择了耦合流体，则选择此模型。
      • 分离 Fiala 热调节 - 如果要执行详细的热舒适性分析，且之前已在[座舱空气物理连续体]中选择了分离流，则选择此模型。
      • 等效均匀温度 - 如果要执行快速热舒适性分析，选择此模型。还可以选择此模型作为 Fiala 模型之一的补充。

      请参见耦合与分离 Fiala 热调节模型参考和等效均匀温度模型参考。

      将自动选择稳态和人体模型。
    3. 展开[热网络物理连续体] > 模型 > 人体模型 > [人体模型] > 节点，然后根据热舒适性模型选择，执行以下操作：
      热舒适性模型 步骤
      分离/耦合 Fiala 热调节
      1. 选择 Fiala Manikin 属性节点，然后指定要确定热舒适性的乘客的活动水平 (met)。活动水平表示人体模型的代谢率。默认值 0.8 对应于静止状态下的人；较高的值表示人体模型进入车辆座舱之前的身体活动。

        人体模型采用预定义的高度 (1.9096 m)、体重 (73.4 kg) 和年龄（35 岁）。
      等效均匀温度
      1. 展开 EHT 段节点。

        EHT 人体模型的 17 个体段各有一个子节点。

      2. 选择各个 [EHT 体段]节点，然后指定 x0 和 x1。这些属性是 EHT 算法的线性化系数。通常，将其保留为其默认值。有关更多信息，请参见EHT 人体模型段属性。
  7. 定义人体模型的热网络区域。
    1. 右键单击区域节点，然后选择新建 > 网络区域。
    2. 选择区域 > [热网络区域]节点，然后设置以下属性：
      属性 设置
      物理连续体 默认情况下，此属性自动指派给[热网络连续体]。
      部件 选择分段的 Fiala 或 EHT 人体模型几何部件。
      如果要确定多个人体模型的热舒适性，可以将多个人体模型几何部件分配给一个网络区域的部件，也可以为每个人体模型几何部件创建热网络区域。
    3. 选择[热网络区域] > 物理值 > 人体模型部件组 > [人体模型]节点，然后将部件设为人体模型几何部件。
      此选择将人体模型几何部件的部件表面与 Fiala 热调节模型的网络链接相关联。
    4. 展开[人体模型]节点，然后执行以下操作：
      • 如果已选择了一个 Fiala 热调节模型，则选择各个网络链接 > [网络链接节点]节点，然后将部件表面设为人体模型几何部件的相应部件表面。
      • 如果已选择等效均匀温度模型，则选择各个 EHT 段 > [EHT 段节点]节点，然后将部件表面设为人体模型几何部件的相应部件表面。
      注如果遵循命名约定来命名人体模型几何体的部件表面，则部件表面会自动与每个[网络链接节点]或 [EHT 段节点] 的人体模型几何体的正确部件表面相关联。如果在一次热舒适性模拟中使用一个 Fiala 热调节模型和等效均匀温度模型，只要遵循命名约定，就可以对这两个模型使用一个 Fiala 分段人体模型。在这种情况下，Simcenter STAR-CCM+ 可识别 Fiala 名称中的体部件段字符串，并自动将其映射到 EHT 段。有关更多信息，请参见人体模型分段命名约定参考。
      如果不遵循命名约定来命名人体模型几何体的部件表面，则使用动态查询来查找正确的表面或手动选择它们。如果热网络区域中有多个人体模型，这些人体模型将显示为单个[人体模型]节点。
    5. 仅对于 Fiala 热调节模型，选择[热网络区域] > 物理值 > 环境相对湿度节点，然后指定座舱中的空气相对湿度百分比。
  8. 创建人体模型热网络区域与其他流体及固体区域之间的交界面。
    1. 多选区域 > [[热网络区域]和[座舱空气区域]节点，然后选择创建交界面。
      创建交界面 > [热网络区域]/[座舱空气区域]交界面。此交界面的类型为热网络交界面。
    2. 选择交界面 > [热网络区域]/[座舱空气区域]节点，然后将接触设为之前在几何准备和网格化过程中创建的人体模型与空气之间的所有接触（例如，通过压印）。
    3. 如果考虑实体座椅或方向盘中的热传导，且人体模型与之接触，则多选区域 > [热网络区域]和[实体座椅区域]节点，然后选择创建交界面。
      创建交界面 > [热网络区域]/[实体座椅区域]交界面。此交界面的类型为热网络交界面。
    4. 选择交界面 > [热网络区域]/[实体座椅区域]节点，然后将接触设为之前在几何准备和网格化过程中创建的人体模型与实体（座椅或方向盘）之间的所有接触（例如，通过压印）。
  9. 指定服装的蒸发阻力和接触热阻。
    1. 展开交界面 > [热网络区域]/[座舱空气区域]/[实体座椅区域] > 物理值节点，然后选择以下节点：
      节点 设置
      服装蒸发阻力 - 表示衣服对从人体模型体蒸发到环境的汗水的阻力有多大。 以 Pa-m2/W 为单位，指定整个人体模型体的常数值。低蒸发阻力值对应高蒸发。
      接触热阻 - 表示服装的隔热效果。 以 m2K/W 为单位，指定整个人体模型体的常数值。业内使用的另一个单位是克罗值。1 clo = 0.155 m2K/W。值 clo = 0 对应于裸露的皮肤，值 clo = 1 对应于 21 ℃ 室温和 50% 相对湿度下使静止人体保持舒适的服装量。例如，此类服装可以是商务套装。
    2. 如果要为每个体部件表面局部指定服装蒸发阻力和接触热阻，重复步骤 8 并为每个所需的体部件表面创建交界面。将每个交界面的接触设为局部接触。例如，如果要指定头部的局部服装蒸发阻力，则选择属于头部的所有接触。按照命名约定，这些接触包含名称 Face_L、Face_R、Head_Back 和 Head_Top。
  10. 如果在不使用 Fiala 热调节模型的情况下使用等效均匀温度模型，则选择交界面 > [热网络区域交界面] > 物理值 > 静态温度节点，然后指定皮肤温度。
    物理条件下的热指定条件设为指定温度。
  11. 要评估热舒适性，为 Fiala 和等效均匀温度模型创建专用报告。
    1. 右键单击报告节点，然后选择新建 > 流/能量，然后选择以下报告：
      热舒适性模型 报告
      分离/耦合 Fiala 热调节
      等效均匀温度 等效均匀温度

      有关更多信息，请参见等效均匀温度。
    2. 选择所需的各个[热舒适性报告]，然后将部件设为人体模型几何部件。
    3. 为每个报告创建监视器和绘图。
  12. 可视化人体模型温度：
    1. 创建标量场景，然后将部件设为区域 > [座舱空气区域] > [人体模型与座舱空气之间交界面的交界面边界]。
      由于人体模型热网络区域未网格化，因此无法直接在热网络区域边界上可视化任何物理量。而是可以使用[座舱空气区域]侧的交界面边界来显示值。
    2. 如果要可视化乘客服装温度，将标量场设为温度。
    3. 如果要可视化乘客皮肤温度，将标量场设为外侧温度。
  13. 运行模拟。