在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性#中英文翻译#外文翻译匹配

郑州轻工业学院 本科毕业设计（论文） 英文翻译 题 目 在汽车中热化阶段和 冷却阶段的热舒适性 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师 (职称 ) 完成时间 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 1 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 O. Kaynakli . E. Pulat . M. Kilic 摘要 : 大多数汽车有暖气通风和空调装置来控制车辆内部的热环境 。 但是在炎热或者寒冷的冬季里 ，从汽车启动到 行驶稳定很难达到并且保持热舒适度 ， 在这些过渡阶段 ， 人类有体温调节程序领悟并促使冷暖系统改进和改良 。 这一 项 研究呈现出在汽车内部环境和人类身体之间的热交换作用的模型 。 模型基于人类身体的热平衡等式 .和定义出汉率和皮肤表面平均温度的经验公式相结合 ， 这种模拟已被 短暂的情况下使用运行 。 汽车内部热化和冷却过程对热舒适度的影响已经被研究 。 结果跟现在的测量和文献资料中可获得的实验数据相符合 。 它表明实验数据和模型的协议结合非常好 。 符号目录 A 表面区域 ,m2 Q 热传导率， W pc特性热 ,J/(kg K) r 织物层的外部半径 CSIG 寒冷信号 R 热或蒸发 阻力， (m2 K)/W 或者 (m2 KPa)/W f 修正常数 S 储蓄热 ， W h 传热系数 ,W / (m2 K) t 时间 ,s (除非在数分钟内指定 ) i 片段系数 T 温度 ， j 空气或织物层数 TS 热感觉 k 传导的传热系数 ,W/ (m K) V 空气流速， m/s L 热负荷 , W / m2 w 皮肤湿度 m 身体块 ,kg W 湿气比， kg H2O/kg dry air .m 每单位区域块流程率； kg / (s m) 外部工作完成速率， W M 热量制造的新陈代谢率； W WSIG 温暖信号 nl 分层的数量 x 厚度， mm p 水蒸气压力； KPa 希腊符号 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 2 皮肤层块与身体总块的比率 渗透效率 下标数字 a 空气 ex 呼气 al 空气层 f 织物 b 身体 int 外部衣物表面和固体的 界面（例如座位或靠背） bl 血液 max 最大值 cd 传导 n 中间的 cl 衣服 rex 呼吸 cr 核心 rd 辐射 cv 对流 s 饱和的 dif 散布 sk 皮肤 e 易 受到对流和辐射的环境 sw 汗液 ev 蒸发 t 总数 1 介绍 一辆汽车的司机和乘客的舒适感部分取决于车辆内部空气的质量和温度，三个相关的系统被用于提供所需求的空气温度和质量。这些是通风系统，暖气通风和空调系统 。一辆车的 暖气通风和空调系统的作用是为它的乘坐者提供完全的热舒适。因此 ，非常必要去了解人身体的热量方面的情况，以便设计一个的效的 HVAC 系统。 为了估计热舒适水平，环境热量方面的准 确信息是必需的。环境热量能概略地被汽车内部的空气温度、速度和湿度表现。在交互作用中，热量和传质一起发生。完成人类舒适的模型包括能量平衡液体和材料热力性能相等，热量和传质特性，一辆汽车的乘客坐的车厢在冬季中被通过冷却剂 -空气的热交换器的循环热引擎冷却加热以使车厢的空气暖和。加热系统被设计成与空气流通系统一同操作，以便能提供所需的温度。 随着引擎大小的改进变小，从燃料的经济方面和车辆加热系统的可利用热量相应在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 3 地减少方面考虑，从考虑市场情况出发为确保乘客的热舒适感，甚至在极端的情况下，有一种发展更有效的系 统的兴趣为达到并保持乘客的热舒适感是很困难的。一些辅助的加热或冷却装置或许极大地减少了需要达到热舒适的时间，但是这个装置的能量需求是很大的。 在严热的季节，空调被应用。当提起空调装置时。脑海里第一个想法是冷却和清爽的空气。事实上汽车空调系统不仅冷却空气而且清洁、除温使空气流通以使乘客健康舒服，这些程序同加热和通风系统一起运行。 人类的热舒适感早被认为是先前的研究课题，有许多被证明和编成法典的可利用的数据 3。在文献中，大多数研究考虑热量状况几乎一致完整地覆盖乘客的整个身体。在乘客身体被很不均匀和短暂覆 盖的状况下比较少的注意出现在指向在同一汽车内的热舒适。 Yigit18计算了每一个身体部分的热损失和穿五件不同套装时整个身体的热损失。然而身体各个部位的热损失没有被考虑，衣物阻扩抗对台戏热舒适的影响也没有被估计。 Mccullough et al13， 14出版了绝缘价值，典型的衣服套装蒸发与热力模型对比。这些参数也被用于测量使用热力装置加湿的部分织物。一个计算机模型被开了出来用于估计热传递中干燥和蒸发空气的阻力。 Olesen et al.15研究了五套具有相同全部热力绝缘的不同衣服套装，但是对 16 个静止不动的实验主题实验是知身体的上部分到下部分排列，他们的实验研究将会给测量衣服套装的热阻不均匀提供一个方法，并且检查它是如何影响使当地热量不稳定。 Tanebe et al.16，用一个模型调查了人体几个部分有感觉的潜伏的热损失。对于身体上每一个考虑过的部分，总的热传递系数和热阻力被出现。既使他们的研究是在封闭的环境中进行，它没有提供任何热舒适的结果。 Kaynakli et al.11报告一顸研究说人类身体被分成 16 个部分，在每一个 16 个身体部位和环境之间热交互的计算机模型被开发出来。随着模型 的使用，坐着和站着时身体的各个部分和整个身体的皮肤湿润情况和潜在（蒸汗蒸发，扩散）和有感觉的（传导、对流、辐射）的热量损失被计算出来。 Kaynakli et al. 12呈现人体和环境间和质量传递的数学模型。在他们的研究中，人们在不变的情况下获得满足感所需的环境的个人状况和总计的有感觉的和潜在的热损失，皮肤温度、出汉、预测的平均赞成率 （ PMV） 和预测的不满意百分比 （ PPD）的价值经由模型被计算出来 。 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 4 Chakroun 和 Al-Fahed7研究了一辆在科威特夏季数个月内停在太阳下的一辆汽车的温度变化和 热舒适性。他们也认为在汽车内部用不同的内部材料混合物对温度有影响。 Burch et al.4报告了在严寒冬季升温时期的驾驶状况下的一系列关于乘客热舒适性的试验结果。他们发现安装在座位和靠背上的小功率电力加热设备极大地减少升温时间可以综合通过在空气管道中安装电加热器实现，虽然与这种方法有关的能量需求是很大的，除了他们的实验研究之后。他们将关于这个课题的一项分析研究发表在Burch et al.5。 汽车启动时加热和降温期间需要一些时间达到稳定的状况。在这些时期，乘车者身体热量分布十分不均。乘客感觉局部 寒冷归究于与一个最初的凉座位或于车轮接触与环境不均匀的辐射热传递，局部太阳照射和空气调速器的位置，仪表板控制的设定所决定的不均匀的空气速率有关。因此为了达到保持汽车内乘客的热舒适性的技术发展中产生了很大兴趣。 这项研究呈现一个人类与汽车内环境之间热交互的模型。因此部分分析认为局部不舒服是由在一个相对狭小空间内。衣服隔热不均匀造成的。比如汽车车厢内。现在的模型是基于被分成 16 部分的人体的热力平衡相等结合 Gagge et al.s10和 Olesen et al.s15的方法，所有身体部分被看作是二同 心圆筒，需要背后数据比如身体部分的表面积，它们质量从现有文献中提取，这样，除了 gagge et al.s10 的模型，尽量通过计算身体各个部分的热交换和皮肤温度，出汉率来定义局部不舒适性。在短暂的情况下模拟被运行应用。汽车内部加热和降温过程对舒适性的影响已经被证明。实验也指导了冷却周期，直到汽车达到热舒适性，温度和温度才发生改变。司机和乘客被这些变化极达地影响，为证明现在的模型，模拟结果和实验做了比较。 2 数字模型 从乘客上面流过的环境空气的速度从小空间热舒适性观点来说非常重要，因为它有很大的加热和 降温能力，例如在汽车车厢内，在司机和乘客上方流动的空气进入衣服开衩口对于任何乘客身体没有相同作用。虽然对于典型户内状况取代平均速度是好的近似值，但以汽车内部看来结果会产生很大的错误。坐着的乘客身体上方局部空气流速被 Burch et al.5 （ 表 1） 经实验列出。在这项研究中，测定乘客身体各部分热损失的因素基于这些速度值。 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 5 在这项研究中用的模型是基于 Olesen et al.15中描述的方法。在这项研究中为了证明冬天和夏天条件下，环境热量对于乘客坐者尤其是司机详细的影响，考虑身体上衣服和当地空气流 速的影响人体被分成 16 部分。在表 2 中，表面积和他们身体表面积的各小部分都已给出。 用身体各部分储存的能量来计算当时，温度变化许多这些身体部分大量的身体部分和他们身体的保各个小部分见表 3。 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 6 将人体视作一个整体，从热舒适性观点看平均皮肤温度是个不主意，但是四肢例如：手、脚和脸或者裸露和身体部分的温度可能增加或减少不必要的数值。通过使用发展了的模型，影响热舒适性的每一个身体部分的有感觉的和潜能在热损失的参数变化的时间率，皮肤温度和皮肤出汗率可能被研究。 2 1人类身体的热力和生理学模型 两包厢间过渡性热量 平衡模型被 Gagge et al.10发明，将身体描述成两个同心圆筒，里面的圆筒代表身体核心（骨骼、肌肉、内脏）另外一个圆筒代表皮肤层。这个模型考虑到核心和皮肤部分即时的热量储存，假定这些部分的温度随时间变化。这个热力模型用一对热力平衡等式来描述，其中一个适用于任何部分 3： 式子中， M 代表热力产生的新陈代谢率， 7ptW 代表机械工作的熟练程度，resQ呼吸的热损失率，,crskQ热量从体内到皮肤的传输率，cnQ, cvQ, rdQ从皮肤层到环境分别以传导对流和辐射方式的热损失率，crS和skS表示在体内和皮肤层储存的能量在为些部分引起的瞬时温度改变。这些效果可用下列等式表示 ： m 代表身体部分质量， ,pbc 代表身体特有热量。 ,CVQ 和 ,rdQ 出现 在 等式 2 中代表在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 7 对流和辐射和热传递，可用下列关系计算： 式中，eA是暴露到环境中的身体部分的外表面积总面积除去与座位接触的面积，靠背面积等等）clf代表穿 衣服的身体部分与裸露的身体部分表面区域的比率包括平均辐射和周围空气温度如下所示： 热辐射传热系数取值 4.7n/(m2.k)是因为它用于内部状况足够精确 3身体各部分的对流热传递数在 de Dear et al.8中取值 。 由于皮肤总的潜热损失来自蒸发 , evQ表示为 ： 式中 , w 是蒸发比率 , ,sksp是皮肤温度的饱和水蒸汽分压力 , ap是环境空气的水蒸汽分压力 , cl是衣物 的浸透高效率 ,LR是蒸发热传递与对对流热传递系数的比的路易斯系数 .McCullough et al.14已经发现通常室内衣物浸透系数平均值cl=0.34 总皮肤的潮湿度 (w ),包括常规出汗引起的和通过皮肤扩散的湿度 ,均由下列式子给出 . 最大的蒸发潜能 ,当皮肤表面完全浸湿 (w =1)时 , ev,maxQ出现 . 在一辆汽车中身体表面的重要部分 (1520%)是由座位 ,靠背和方向盘接触的 ,这部分不是认为以对流 、 辐射方式散失热量 .由于皮肤热传导的热损失由下式给出 ： 在两个节点模型中 ,身体中心和皮肤间的热交换由通过直接接触和皮肤血液流动在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 8 发生的。身体的平均热电导常量被假定为cr,skK=5.28W/(m2 k)从身体中心到皮肤的热流动如下式 ： 血液的特定热，p,blc是 4.187J/(kg k)呼吸热损失大约是总热损的 10%,呼吸热损失大约是总热损的 10%。 由于呼吸的热损失如下式 ： 式中 . resm 是吸入空气的流动率 , exT和aT分别是出气温度和周围空气温度 。exW和aW分别是呼气和周围空气的湿气比 .蒸发的热量 ()fgh是 2.43 106J/kg. 皮肤块与总身体块的比率 ( )被当作身体核心的下述功能与皮肤中血液流动的比的模型 : 每单位皮肤面积内核心到皮肤的血液流动被表示成 : 每单位皮肤区域的出汗率被估计为 : 人体平均温度能通过皮肤到核心的重要平均温度预测 : 身体中间温度能用同样方法通过皮肤到核心的中间温度计算 . 身体被分成 16 个统一穿衣物的部分 .每个部分 的总热阻和总蒸发热阻如下各项 . 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 9 假定通过空气层和衣物层的热传递是以传导和辐射方式发现 ,在这种情况下空气层的热阻如下式 : 式中 ,Xa是空气层厚度 , Hrd和 k的数值是 Hrd=4.9( k)和 k=0.024W/(mk)14蒸发热阻也能写成相似的等式 .空气层的蒸发热阻如下式 : 式中 a和 b是常数 .a和 b的数值分别是 0.0334( kpa)/W和 15mm14裸露在环境中的外表面处理的有一点不同 .外层的热阻为 : 外层的蒸发热阻通过对流的热传递系数和路易斯关系决定 : 2.2 热感觉的预测 上述 等式描述了人体环境和温度调节装置间的热交换 .身体 E热能量热负荷的组合 ,影响在身体与环境间热量交换中的人热舒适性 .如果身体的热负荷 (L)几乎是零 ,中间状况或热舒适性就达到了 .运动 .衣服和四个环境系数 (气温 ,平均发光温度 ,空气流速和湿度 )的组合都影响热舒适性 .应用最广泛的热舒适参数是热感觉 (TS),数值在式 27中给出 式中 ,Ab是身体的总表面积 ,表 4 给出了 TS的比值 . 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 10 2.3 假定和起始状况 裸露的身体表面积取为 Ab=1.75/ ,体重是 80千克 ,核心和皮肤的初始温度值分别取为 36.8和 33.7 夏季衣物隔热率 ,冬季衣物隔热率 ,夏季衣物的衣服面积因素 ,冬季衣物的衣服面积因数和活动的新陈代谢率分别取为 :0.5clo,1.5clo,fcl=1.1,fa=1.15和 75W/ .5,6 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 11 身体上的局部空气速度在表 1中给出 ,加热和冷却过程的平均空气温度 (Ta)见图 1和图 2,加热阶段相关的温度取 0.355,冷却阶段见图 3,平均辐射温度在加热阶段取为在冷却阶段取为 在加热阶段与身体 (Tint)接触的物体的表面温度 (t从起动开始的以分钟计的时间 )如下式 座位 : 与座位接触的穿衣物的身体面积 :0.07 . 靠背 : 与靠背 接触的穿衣物的身体面积 :0.07 . 方向盘 : 与方向盘接触的穿衣物的身体面积 :0.01 . 在冷却阶段 ,发现身体有接触物体的表面温度 (Tint)与运行实验（ t 是以分钟计）的在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 12 结果一样（表 5）。 3 结果与讨论 为了证明加热和冷却过程对汽车内部状况的影响，数学模型部分中的等式运用Delphi6 系统语言来指导计算机媒体。在加热阶段，需要靠背和方向盘表面温度都取自 Burch et al.5，在他们的实验研究中，内部空气已经被从 -20 加热到 20 ，如图 1所示。 冷 却过程所需要的实验数据在 1991年装有一个 2000-cc引擎的丰田汽车被测量。汽车停在日光下，观察到车内气温上升到 64，周围环境温度大的是 30。稍后，标准的冷却程序随空调器的启动而开启。在这个过程中，车内温度，相关的温度，座位，靠背和方向盘表面温度被测量。测量的参数见图 2和图 3。因为在汽车内温度升到 64时相关的湿度从 50减少到 11，所以在冷却阶段相关湿度从 11开始。 在升温过程中从身体到环境的热损失在图 4 中相比较地给出。因为 Burch et at.5的模型和现在的模型存在一些原则上不同（例如 ：在 Burch 的模型中身体被分成 4个部分，但在我们的模型中身体被分成 16个部分），故一些差别在开始阶段出现。除去这些相对小的时间间隔，结果间达成的一致也在可接受的范围内。由于与物体表面接触的身体各部分的面积小于其它身体表面积，故座位、靠背和方向盘的传导热损失与总的对流和辐射热损失相比相当低。在升温过程的开始阶段，因为汽车内温度和内部表面温度相当低，传导、对流和辐射的热损失很高。甚至这些总的热损失比热力过程中的新陈代谢高。因为这个原因，身体核心和皮肤温度有一点减小。但是皮肤温度的减小要比核心温度减小的多。显然 这些热损失的快速减小归究与汽车内温度的升高。在这个过程中，身体试图保持最小限度的呼吸和蒸发热损失以便平衡热损失。 升温阶段相对比的变化的 Ts值见图 5，通过图 5的验证，与 Burch et at.5有一个在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 13 好的相吻合处。 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 14 这些计算在和分析研究中运行。在他们的实验中， Ts 的数值由参考数据获得，平均热舒适性和参考数据的标准偏差通过时间计算。现在研究计算结果在 Ts 16范围内， 的值取 0.62。最初，从身体到环境的时间热力损失由于汽车内的低温度缘故一直很高。因此，由于内部温度和外表面温度升高，热舒适性得到改善。 指出汽车车厢升温阶段环境状况对人舒适的影响的一个参数是身体表面平均温度和它随时间的变化见图 6。在最初几分钟内，由于车内和物体内部都很低的温度，平均皮肤温度立即下降。随着车内温度随时间而升高，在它的值降低到一个最小值32后平均皮肤温度开始升高。虽然平均表面温度对人类舒适状况是一个好的信息，但也必须注意人体的局部不识。和固体表面接触的身体背部、大脚和手的温度在图 7中给出。内部温度对背部背部和脚的温度影响不大，故它们的变化不重要。但是手面的温度减小到 17.5可以被估计为一个相当低的温度。在文献中，提到当手面温度达到 20时引起认为不舒服的寒冷，达到 15就极其寒冷 3。 在冷却过程中身体上的热传递见图 8。由于在开始车内温度和表面内部温度很高，有感觉的热流动（传导、对流、辐射）从环境到人体发生。这种情况导致从身体内部到皮肤温度的升高。为继续维持身体重要功能和另外确保舒适的状况，从环境对身体的热量和热力过程的新陈代谢热量必须被排放到环境中。因此，身体增加了出汗的次数，很快身体的很大部分被汗覆盖。这样，蒸发热损失的增加见图 8。然而呼吸热损失不受环境状 况的影响，它保持在大约 10W。 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 15 Chakroun 和 Al-Fashed s7的研究中，冷却阶段的热舒适性的变化分别在图 9中给出。在 Chakroun 和 Al-Fashed s7的书中，详细的环境状况没有给出，所以我们的模型无法直接应用于他们的测量状况。因此，这一个图只是一个性质上的比较。在他们的研究中，可以肯定停在太阳下的汽车内部温度达到大约 65。然后，冷却程序通过操作 A/C 开关研究调查。但是在相当热的气候中进行而环境温度是 45。然而在我们的实验中它是 30。太阳的辐射也比我们的情景下强。 由于这个原因，汽车内描述的温度是不同的，所决定的 Ts 值也不一样。在最早的几分钟内，由于车内高温，热量通过传导，对流和辐射从环境传到人体。因此，由于身体有一个明显的热负荷， Ts 有一个很高的初始值。然后，热负荷随车内温度减小而减小，表面温度和舒适状况得到改善。 冷却过程中身体、脚和手面平均温度 的变动见图 10。但是，直接与空气接触的手的温度的升高比其它部分大。随着车内冷却时间变化，这个温度升高度下降。手部在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 16 最易受到环境状况的影响，所以温度的明显减小呈现在手上。相似的情形对头部来说也很有效。既然鞋子是重要的隔热元素， 脚没从内部温度变化受到影响。由于这一原因，在冷却过程最后最高的温度出现在脚部。身体的平均表面温度在手和脚的温度间改变。 改变舒适感的一个重要参数是皮肤湿度，它随着时间的变化见图 11。在冷却过程的初始阶段，由于车内温度高，出汗率增加，以便增加身体的热损失。因此皮肤的湿度增加。由于鞋子缘故，最快的增加发生在脚部。由于头部没有衣物阻止出汗的蒸发，手臂不与方向盘接触，皮肤湿度在这些身体部分中最低，然而平均身体表面湿度在头部和脚部湿度中间升高到最大值 0.6。 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 17 4 结论 在这项研究中，介绍了内部环境状况对人类 生理学和加热和冷却过程对舒适性的影响。表示体温控制装置的基本热交换等式和经验关系被用于人体与环境间的热质传递。在这些过程中，考虑到车内温度和相关湿度和与身体接触的物体表面的温度，热传递的变化，身体部分表面温度和湿度和 Ts 数值都给了出来。 在升温阶段的最初几分钟，由于车内和表面的低温，从身体到环境的热损失很大。在这个时期，蒸发热损失通过体温调节装置保持在最小值。身体的平均皮肤温度降到 32，与方向盘接触的手温也降到一个很低的值 17.5。由于从身体到环境的热损失变得很重要， Ts值从 -4.5开始，然后随内部 温度升高，它开始得到改善。 在冷却阶段的最初几分钟，和升温阶段相反，由于车内和表面高温，感觉热交换从环境到身体间发生，由于这个原因， Ts 值从一个相当高的值 8 开始，然后随内部温度升高而下降。为了平衡身体与环境间的热交换，出汗过程增加，所以潜在热损失增加。考虑到升温和冷却阶段的呼吸热损失都不受环境状况的影响，随着出汗过程增加，身体皮肤湿度增加，由于衣服热绝缘度高，身体表面的皮肤湿度很高，相反，裸露的身体表面（例如头和手）很低。同理，这些裸露的表面也是受环境状况影响最快的部分。 除此之外，也提到了只有一名司机 在车内的停着的汽车的测量结果。汽车内无人或汽车内有乘客都可能影响测量结果。 在汽车中热化阶段和冷却阶段的热舒适性 18 参考文献 1 Althouse A (1979) Modern refrigerations and air conditioning,The Goodheart Willcox Company, USA 2 Arc O , Yang SL, Huang CC, Oker E (1996) A numerical simulation model for automobile passenger compartment climate control and evaluation. 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