精华 | 基于TAITherm软件进行人体热舒适性分析

Posted 2021-03-04

在整车的产品开发过程中，热舒适性作为一项重要的评价指标已经被越来越多的整车厂所重视。这一指标的存在可以更好的服务于空调系统设计开发过程。

影响人体热舒适性的因素有多方面，对环境而言，除了空气的温度、湿度和流速外，还有环境对人体的平均辐射温度；对人体而言，有人体的代谢产热量和衣着热阻。人在环境中的冷热感觉是这六大因素对人体共同作用的结果。

热舒适度评价标准

    早期的热舒适度标准，如预期平均投票数(PMV，Fanger 1970)、预测不满意百分数(PPD，Fanger 1982)、当量均匀温度(EHT，Wyon et al. 1989)、标准有效温度(SET，Gagge 1986)和动态热感知(DTS，Fiala et al. 2003)等均是基于环境的评价标准，而Berkeley舒适度模型（Zhang et al. 2009）是基于人体生理机能的热舒适度评价标准，并考虑局部舒适度对整体热舒适度的影响，更加适合舱体等气流不均的密闭空间。

    如何在空调系统的设计过程中借助仿真分析获得人体热舒适性的评价指标？进而作为空调系统好坏的评价标准。在此过程中既能完成出风口布局优化设计，也为车身隔热设计获得支撑数据；既考虑外界环境包括太阳光照射的影响，又考虑人体自身生热影响；并评估空调系统在规定时间内将舱内温度降到规定温度的能力。本文将通过基于专业热设计软件TAITherm进行人体热舒适性分析的案例对上述问题给出答案。

TAITherm软件

    TAITherm软件是美国ThermoAnalytics公司（TAI）的核心产品，是专业的热设计软件， TAITherm的人体热舒适度模块支持用户在热环境中设置虚拟假人模型，用以计算热舒适度指标，包括PPD、PMV、EHT、Berkeley热舒适度评价模型等,可输出多种基于环境和基于人体生理的热舒适度评价参数。

仿真流程概述

? 将准备好的网格模型cabin without human .nas导入TAITherm进行热模型搭建，用于暴晒过程模拟，为空调降温过程提供初始温度条件

? human人体网格模型添加到cabin模型中，并对人体赋予生理边界条件，形成降温过程模拟的热模型

? 将包含人体的网格模型导入CFD工具进行流场模型搭建，对舱内空调出风影响进行热流场模拟
? TAITherm的热模型与CFD的流场模型进行耦合，互相提供换热边界条件

? TAITherm软件中完成空调降温过程的模拟，全面模拟辐射、对流换热和热传导，分析不同体型、性别的人员的体温调节反应，对人体热舒适度进行多层面的研究分析

TAITherm热模型

? 车身选用多层材料，比如最外层的表面是白色漆层，往里依次可以定义各层材料及中间气隙层，最内侧是内饰层

![](https://s4.51cto.com/images/blog/202003/24/f51c122b18ca1d449a100f9c2f953b2a.jpg?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

? 车窗玻璃选用透明材料，模拟透射性能

? 环境条件，Editor-environ-Natural(weather)，点击Browse选择天气文件（从国际气象网站下载编译），若天气文件和模型文件不在同一工作目录，则需要勾选use absolute path使用绝对路径

? 对流换热条件
暴晒过程中无论是乘员舱外还是舱内均是自然对流，可以直接指定对流换热系数或者给定一个风速来模拟自然对流。

    对于空调开启过程，乘员舱外表面因车速存在复杂外流场，舱内因空调开启存在复杂内流场，为了考虑不同区域流动换热条件的差异，将TAITherm的热模型与CFD的流场模型进行耦合，互相提供换热边界条件。

人体生理模型

? 从skin往里人体边界条件共16层，skin往外可以添加衣服层，衣服材质可以从软件材料库选取

![](https://s4.51cto.com/images/blog/202003/24/685a1f115546bbd4b1832658519173fd.jpg?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

? 对应空调开启阶段，人体最外层（衣服层或者裸露的皮肤）的对流换热边界条件由CFD仿真结果映射过来，即imported

? 人体生理模型配置文件
将配置文件和模型文件一起放在同一工作目录，一个假人对应一套配置文件（berkeleysetpoints.txt、bodypartmap.txt、boundaryconditions.txt、physiogen.txt、physiology.txt、referencevariables.txt），将这些文件存在一个文件下并进行命名，如sit75（坐着的75%的模型），模型中包含多个假人时可以拷贝上面的配置文件夹进行重命名，并对各配置文件进行编辑，使人体的身高体重、活动级别等与当前要模拟的工况对应一致，另外，需要在总的配置文件config.txt中定义所有的假人。

? bodypartmap.txt中的part及name与当前网格模型划分的part保持一致

? 编辑physiology.txt定义人员的身高、体重、肤色

? Editor>Assembly，将人体的所有part定义到一个Assembly，Assembly的命名建议与配置文件夹的名称一致，双击Assembly Type-Segmental Human，并定义活动级别

热舒适度结果

    计算完成后在模型所在的文件夹会生成几个表格结果，包含局部温度、局部热感觉、局部热舒适度、总体热感觉、总体热舒适度等，可基于这些表格数据进行结果后处理，也可以在软件界面查看人体热舒适度的云图结果。结合局部热舒适度的分布趋势可以更准确的定位造成总体热舒适度的原因，为设计优化提供支撑数据。

今天的介绍就到这里，大家有任何问题，或是想要更详细的了解相关内容，欢迎与我们联系讨论，或者联系我们申请软件使用！

另外，如果大家想实现整个仿真过程自动化，请关注我们后续介绍的COTHERM耦合流程自动化部分。

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