某重型车乘员舱热环境优化

发布时间：2017-10-15 11:26

  本文关键词：某重型车乘员舱热环境优化

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【摘要】：用于特大任务的重型车辆在研发初期受前受苏联的影响较大,主要强调强劲的动力性、高效的可靠性,却忽略乘员舱内乘员的舒适性。我国东北地区在冬季户外环境温度低,驾驶员的操纵反应能力受到很大的影响,乘坐人员的热舒适性也十分差。本文利用实验研究和CFD数值模拟方法,设计一种采暖系统,从而实现改善乘员热舒适性的目的。本文针对以下几方面进行研究:首先,针对重型车热环境开展理论分析,根据计算流体力学理论知识,引入乘员舱内流体遵守质量守恒、动量守恒和能量守恒方程,介绍流场计算的控制方程及求解控制方程所使用的湍流模型。根据传热学理论,分析乘员舱内热量传递过程,计算出在不同环境温度条件下采暖系统所需的热负荷,满足人体热舒适目标所需的热量,从热量角度说明为乘员舱内设计采暖系统的必要性。然后,对重型车进行冬季环境实车实验,获得乘员舱内监测点温度值的实验数据,分析乘员舱内温度分布情况。重型车原采暖方式在低温环境下,乘员舱内测点温度极低,远不能满足车内乘员的热舒适性。利用CATIA对乘员舱进行三维建模,冬季环境实验所获得的实验数据作为CFD数值模拟的边界条件,将实验值和模拟值进行对比,对建立的三维模型进行修正,确保误差值在合理范围内,验证建立的乘员舱三维模型的合理可靠性。其次,本文设计了一种采暖系统,在冷却水温度低于76℃时,时利用燃油预热器将来自于冷却水箱内的冷却水进行加热,温度达到85℃以上后将冷却水送入两个并联的采暖系统的换热器中,在采暖系统的风扇作用下,将被加热的空气吹入到乘员舱内。为了保证采暖系统的热风充分的被利用,设计了一种两通道的风道结构形式,风机转速在2.4m/s时散热量和风阻之间得到一个均衡值。实现改善吹向车内驾驶员、乘员1、乘员2的脚部、头部周围的温度,改善驾驶员及乘员的热舒适性。最后,利用CFD数值模拟方法,分析新采暖系统对乘员舱内热环境改善情况进行分析。研究采暖系统的单一因素不同水平值对乘员舱内热环境的影响。利用正交试验设计理论分析出风口倒角半径值、风道轴线与X轴角度、出风口高度、回风口类型对乘员舱内热环境的影响,得出各因素对乘员舱内驾驶员、乘员头部和脚部温度的影响程度的主次顺序为风道轴线与X轴角度风道高度出风口倒角直径值回风口类型。监测驾驶员、乘员1、乘员2头部及脚部温度值,根据正交试验设计理论选择采暖系统结构参数为:出风口倒角半径为60mm,风道轴线与X轴之间的夹角为110°,出风口高度为570mm,回风口形式为Z-6-280×5。通过本文的研究表明,合理的出风口、回风口形式可以改善乘员舱内的驾驶员和乘员的脚部、头部周围的温度,使得乘员舱内温度、流场均匀性较好。本文为重型车内乘员舱内热环境改善提供了理论依据。
【关键词】：乘员舱 热环境 数值模拟 正交试验 优化设计
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.851
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 论文研究的背景和意义11
• 1.2 乘员舱热环境国内外研究现状11-15
• 1.3 乘员舱采暖系统国内外研究现状15-18
• 1.3.1 采暖系统分类15-17
• 1.3.2 采暖系统国内外研究现状17-18
• 1.4 研究方法和主要内容18-19
• 第2章 重型车乘员舱热环境理论分析19-27
• 2.1 乘员舱流场数值分析19-20
• 2.2 乘员舱内热环境传热分析20-23
• 2.2.1 热传导20-22
• 2.2.2 热对流22-23
• 2.2.3 车身壁面热传递热阻计算23
• 2.3 采暖系统需求热量计算23-26
• 2.3.1 车体耗热量23-24
• 2.3.2 车内地板换热量24-25
• 2.3.3 冷空气渗透耗热量25
• 2.3.4 乘员人体散热量25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 重型车乘员舱热环境实验分析27-37
• 3.1 重型车采暖系统介绍27
• 3.2 实验系统介绍27-30
• 3.2.1 实验对象28
• 3.2.2 测点布置方式28-29
• 3.2.3 实验设备介绍29-30
• 3.3 实验方法30
• 3.4 实验结果分析30-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第4章 重型车乘员舱采暖系统优化设计37-45
• 4.1 采暖系统介绍37-38
• 4.2 换热器性能参数计算38-39
• 4.3 实验数据分析39-40
• 4.4 风道结构设计40-43
• 4.4.1 风道结构设计原则41
• 4.4.2 风道结构设计41-43
• 4.5 本章小结43-45
• 第5章 重型车乘员舱热环境优化设计仿真分析45-79
• 5.1 乘员舱几何模型验证45-47
• 5.1.1 模型建立45-46
• 5.1.2 网格划分46
• 5.1.3 边界条件及相关参数设置46-47
• 5.1.4 模拟结果与实验结果验证47
• 5.2 乘员舱热环境优化设计47-78
• 5.2.1 单一因素对乘员舱内温度场、流场的影响47-53
• 5.2.2 乘员舱热环境的正交试验优化设计53-61
• 5.2.3 最终优化方案数值模拟61-62
• 5.2.4 乘员舱内不同截面温度场分布情况62-78
• 5.3 本章小结78-79
• 第6章 总结与展望79-81
• 6.1 研究工作总结79-80
• 6.2 研究工作展望80-81
• 参考文献81-85
• 作者简介85-87
• 致谢87

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