基于幅流風(fēng)機(jī)的地鐵列車乘員人體熱舒適分析

何鋒，刁雷?，韋武，趙京

（1.貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550025；2.貴州航航科技有限公司，貴州貴陽(yáng) 550025）

地鐵列車乘員上下車頻繁，內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜多變，車廂內(nèi)部熱環(huán)境不穩(wěn)定且受空調(diào)送風(fēng)及外部環(huán)境影響，使得車廂內(nèi)乘員熱感覺(jué)及熱舒適發(fā)生改變.康偉和李俊[1-2]研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)速動(dòng)態(tài)化有利于改善熱環(huán)境及節(jié)能.Mayer E[3]指出氣體強(qiáng)度與對(duì)流換熱系數(shù)關(guān)系.由于氣體脈流強(qiáng)度改變，皮膚溫度產(chǎn)生脈動(dòng)，冷感受器傳輸?shù)酱竽X，產(chǎn)生吹風(fēng)感[4].孫淑鳳等人[5]對(duì)出風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行頻譜分析，動(dòng)態(tài)風(fēng)的頻譜與自然風(fēng)的頻譜非常相似.

幅流風(fēng)機(jī)是一種產(chǎn)生周期擾動(dòng)氣流的送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備.近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)幅流風(fēng)機(jī)的自主研發(fā)[6]，幅流風(fēng)機(jī)逐步應(yīng)用在地鐵列車，以改善車廂乘員人體熱舒適.2018 年，趙楠[7]對(duì)不同送風(fēng)溫度，加載和未加載幅流風(fēng)機(jī)為變量設(shè)計(jì)了不同工況及滿載情況下加載幅流風(fēng)機(jī)得到了車廂PMV 分布云圖，得出結(jié)論幅流風(fēng)機(jī)可改善車廂氣流，提高人體熱舒適.黃木生[8]提出自適應(yīng)舒適標(biāo)準(zhǔn)-氣流不舒適感，即ACS-DR 準(zhǔn)則，其較PMV-PPD 準(zhǔn)則更適用于非均勻瞬態(tài)的溫度場(chǎng).楊志剛[9]等人采用Berkeley 熱舒適評(píng)價(jià)模型對(duì)乘員熱舒適狀態(tài)進(jìn)行了模擬，得到了各影響因素對(duì)人體熱感覺(jué)及熱舒適的影響.

目前人體熱舒適性評(píng)價(jià)通常借用適用于穩(wěn)態(tài)、均勻熱環(huán)境的PMV-PPD 評(píng)價(jià)法.而地鐵車廂環(huán)境復(fù)雜多變，呈現(xiàn)熱環(huán)境高度不均勻，幅流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的周期性擾動(dòng)瞬態(tài)氣流，因此PMV-PPD 評(píng)價(jià)法應(yīng)用在幅流風(fēng)機(jī)的地鐵車廂內(nèi)不合適.Zhang 等[10]基于非均勻和瞬態(tài)條件下人體實(shí)驗(yàn)測(cè)試，建立了局部熱舒適、人體局部熱感覺(jué)、整體熱感覺(jué)與整體熱舒適模型及人體熱舒適預(yù)測(cè)模型.目前鮮有該模型在軌道交通領(lǐng)域有加載幅流風(fēng)機(jī)的情況下應(yīng)用.

本文通過(guò)數(shù)值模擬運(yùn)用瞬態(tài)評(píng)價(jià)模型分析有無(wú)加載幅流風(fēng)機(jī)及不同頻率擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)動(dòng)態(tài)工況對(duì)地鐵乘員各項(xiàng)舒適性指標(biāo)的影響.從而解決地鐵車廂熱-流場(chǎng)沉悶，乘員熱舒適性不佳的問(wèn)題.

1 計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值計(jì)算

1.1 人體熱舒適性模型

根據(jù)黃木生[8]提出的氣流引起的不舒適度，DR準(zhǔn)則函數(shù)表達(dá)式如下：

式中：ta為乘員節(jié)段某點(diǎn)的溫度（℃）；v 為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流速（m/s）；Tu為局部湍流強(qiáng)度（%）；一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于地鐵車廂內(nèi)流速度較低，湍流強(qiáng)度Tu一般在3%～8%的范圍內(nèi).當(dāng)v 小于0.05 m/s 時(shí)，取v=0.05 m/s.

根據(jù)Berkeley[10]人體熱舒適模型，局部熱感覺(jué)指標(biāo)回歸公式如下：

式中：Ts1為局部皮膚表面溫度（℃）；S1為局部熱感覺(jué)；Ts1s為設(shè)定的局部皮膚表面溫度（℃）；Tsas為設(shè)定的平均溫度（℃）；Tsa為平均皮膚溫度（℃）；Tc為核心溫度（℃）；C1、K1、C2i、C3i為常數(shù)回歸系數(shù)；t 為時(shí)間（s）.

局部熱舒適指標(biāo)的回歸公式如下：

式（4）為整體熱感覺(jué)的回歸公式：

式中：Wi為各部位影響權(quán)重.

整體熱舒適與局部熱不舒適相關(guān)，遵循以下兩種規(guī)則.規(guī)則1：除非規(guī)則2 適用，否則整體熱舒適度是兩個(gè)最低局部熱舒適度的平均值.規(guī)則2：滿足第二低的局部熱舒適度指標(biāo)數(shù)大于-2.5 且對(duì)其熱環(huán)境有一定的控制，熱環(huán)境為瞬態(tài)，則整體熱舒適度是兩個(gè)最低指標(biāo)和最大舒適度的平均值.

1.2 計(jì)算對(duì)象及模型

建立整車模型及人體模型如圖1 所示，車廂總長(zhǎng)19.8 m，凈高2.1 m，凈寬2.8 m.因車廂在長(zhǎng)度特征方向上對(duì)稱，以1/2 車廂為計(jì)算對(duì)象，各風(fēng)口均按實(shí)際尺寸及位置進(jìn)行布置.簡(jiǎn)化合并兩側(cè)若干送風(fēng)口為單一長(zhǎng)度送風(fēng)口，用于送入新風(fēng)；風(fēng)口和幅流風(fēng)機(jī)數(shù)量減半，頂部設(shè)回風(fēng)口1 個(gè)，頂部集中回風(fēng)；送風(fēng)方式為上送風(fēng)上回風(fēng)上下排風(fēng)形式，如圖2 所示.設(shè)置雙軸幅流風(fēng)機(jī)2 臺(tái)，單軸幅流風(fēng)機(jī)1 臺(tái)，風(fēng)機(jī)機(jī)組下方均設(shè)置回風(fēng)口1 個(gè)，置于出氣欄柵下方；廢排風(fēng)口布置2 個(gè)在地鐵頂板，列車底部設(shè)置條縫型廢排風(fēng)口，采用上下排風(fēng)形式.設(shè)置半截車廂12 人，無(wú)站立乘員，人體模型均為1.75 m，75 kg.圖中P1 至P6 表示乘員1 至乘員6.

圖1 車廂三維模型圖Fig.1 Three dimensional model of carriage

圖2 車廂送風(fēng)形式Fig.2 Air supply form of carriage

幅流風(fēng)機(jī)是關(guān)鍵模擬部件，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)氣流從回風(fēng)口進(jìn)入機(jī)組.渦流兩次貫穿葉輪，在風(fēng)罩的輔助下形成較大流量流出，形成工作氣流；風(fēng)罩呈周期性動(dòng)態(tài)擺動(dòng)，出口氣流形成動(dòng)態(tài)氣流進(jìn)入車廂.單軸幅流風(fēng)機(jī)，葉輪長(zhǎng)550 mm，雙軸幅流風(fēng)機(jī)是其兩倍.外徑80 mm，內(nèi)外徑之比1/2.幅流風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖3，實(shí)物安裝圖如圖4.

圖3 幅流風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)Fig.3 Simplified structure of disturbance fan

圖4 幅流風(fēng)機(jī)實(shí)物安裝圖Fig.4 Installation drawing of disturbance fan

1.3 網(wǎng)格劃分

通過(guò)STRA-CCM+進(jìn)行幾何清理及表面修復(fù)，生成增強(qiáng)質(zhì)量的三角形面網(wǎng)格.對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪、出口葉柵、風(fēng)罩及人體表面生成棱柱層及細(xì)化網(wǎng)格10%至50%.幅流風(fēng)機(jī)出口欄柵下方采用interface 連接地鐵車廂，為保證出口渦流與地鐵車廂進(jìn)行動(dòng)量、能量等交換連通，對(duì)interface 網(wǎng)格細(xì)化20%.網(wǎng)格類型選用多面體網(wǎng)格生成體網(wǎng)格，減少計(jì)算資源.設(shè)置核心網(wǎng)格優(yōu)化循環(huán)3 次，質(zhì)量閾值0.5.盡可能保證在后續(xù)計(jì)算流體力學(xué)得到的熱流場(chǎng)更加接近真實(shí)情況，保證其有效性及準(zhǔn)確性.地鐵及幅流風(fēng)機(jī)整體網(wǎng)格數(shù)量332 萬(wàn)，如圖5 所示.

圖5 地鐵及幅流風(fēng)機(jī)網(wǎng)格模型Fig.5 Grid model of Metro and disturbance fan

1.4 邊界條件設(shè)置

模型計(jì)算為隱式非穩(wěn)態(tài)，時(shí)間離散格式為二階，時(shí)間步長(zhǎng)為0.016 s.計(jì)算車廂內(nèi)受幅流風(fēng)機(jī)擾動(dòng)的影響，湍流模型選用Realizable k-ε，無(wú)太陽(yáng)熱輻射.車廂內(nèi)流屬于低速受限流動(dòng)，選用Boussinesq 重力模型.模型計(jì)算須計(jì)算風(fēng)機(jī)，選用分離流模型.分離能量選擇AMG 線性求解器采用V 循環(huán).車廂內(nèi)邊界條件均按相關(guān)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置.半截車廂進(jìn)風(fēng)量為4 000 m3/h，回風(fēng)量2 350 m3/h，廢排風(fēng)量1 650 m3/h.入口邊界條件設(shè)置為質(zhì)量流量入口，數(shù)值根據(jù)空氣密度確定，入口溫度20 ℃.回風(fēng)口設(shè)置為+y 軸質(zhì)量流量入口，經(jīng)計(jì)算數(shù)值為0.193 2 kg/s.頂部出口及列車底部出口邊界條件根據(jù)廢排風(fēng)量設(shè)置為目標(biāo)質(zhì)量流量壓力出口，壓力值分別為50 Pa.車廂對(duì)稱面設(shè)置為對(duì)稱邊界.

車廂內(nèi)乘員人體熱調(diào)節(jié)模型均采用Stolwijk 的人體生理溫度調(diào)節(jié)模型，模型把人體分為頭、軀干、右上臂、左上臂、右下臂、左下臂、右手、左手、右大腿、左大腿、右小腿、左小腿、右腳、左腳共14 個(gè)節(jié)段，每個(gè)節(jié)段分為核心層、皮膚層、肌肉層和脂肪層.TCM 乘客設(shè)置根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)設(shè)置.TCM 邊界設(shè)置相對(duì)濕度保持40%，外部對(duì)流列車參考車速75 km/h，外部總溫度35 ℃，車身、車窗及車門設(shè)置為對(duì)流及熱傳遞系數(shù)分別為2.4 W/（m2·K）、3.1 W/（m2·K）和4.6 W/（m2·K）.

幅流風(fēng)機(jī)：設(shè)置葉輪轉(zhuǎn)速1 420 r/min，擺動(dòng)角度76°.風(fēng)機(jī)風(fēng)罩?jǐn)_動(dòng)場(chǎng)函數(shù)如下：

式中：ω 為風(fēng)罩轉(zhuǎn)速；f 為擾動(dòng)頻率；t 為時(shí)間.

2 結(jié)果與分析

2.1 CFD 數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

因在計(jì)算模型中各乘員身高體重、代謝水平及人體各部位設(shè)定溫度均一致，故在某地鐵車廂中選擇乘員1 的位置進(jìn)行實(shí)測(cè).圖6 為實(shí)驗(yàn)測(cè)試與仿真結(jié)果溫度對(duì)比云圖.實(shí)驗(yàn)云圖中，背景環(huán)境溫度為20 ℃，頭部面部因戴口罩，軀干、大腿及腳部因著衣呈現(xiàn)較低溫度，因此對(duì)這些部位進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量.各部位皮膚表面仿真溫度及實(shí)驗(yàn)溫度和溫度差見表1.可見，實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果在溫度云圖及皮膚表面溫度基本吻合.

圖6 乘員1 實(shí)驗(yàn)與仿真溫度云圖對(duì)比Fig.6 Comparison of experimental and simulated temperature program of occupant 1

表1 皮膚表面溫度仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Tab.1 Temperature comparison between simulation and experiment results

2.2 加載幅流風(fēng)機(jī)的影響

設(shè)置兩組工況：1、（工況一）入口溫度20 ℃，未加載幅流風(fēng)機(jī)的靜態(tài)工況計(jì)算；2、（工況二）入口溫度20 ℃，加載幅流風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)工況計(jì)算.根據(jù)人體溫度邊界層在人體各部位微環(huán)境下設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖7 所示.監(jiān)測(cè)其溫度值及風(fēng)速值.

圖7 乘員微環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)Fig.7 Microenvironment monitoring points of occupants

人體微環(huán)境下的熱流場(chǎng)與人體各部位進(jìn)行熱交換.如圖7 所示，得出有無(wú)加載幅流風(fēng)機(jī)6 名乘員各部位平均溫度、平均風(fēng)速、最大溫差和最大風(fēng)速差對(duì)比圖.從圖8（a）平均風(fēng)速圖，加載幅流風(fēng)機(jī)人體頭部、軀干、左手、右大腿等9 個(gè)部位平均風(fēng)速均高于未加載幅流風(fēng)機(jī).由圖8（b）最大風(fēng)速差可以看出，加載幅流風(fēng)機(jī)使得速度差變緩，很大程度上降低了最大風(fēng)速差，從而人體微環(huán)境速度場(chǎng)更均勻，在人體各部位風(fēng)速表現(xiàn)出集中的趨勢(shì)，其中頭部對(duì)人體影響權(quán)重較大，其速度場(chǎng)則均勻的分布在0.175 m/s 附近.由此得出幅流風(fēng)機(jī)可提高流場(chǎng)流速和均勻度，改善車廂內(nèi)氣流組織的作用.

較高較均勻的速度場(chǎng)使得乘員人體微環(huán)境溫度場(chǎng)得以降低.從圖8（a）可以看出加載幅流風(fēng)機(jī)后乘員各部位微環(huán)境平均溫度均有所降低.較低的溫度人體微環(huán)境與人體進(jìn)行熱交換，從而改善人體熱舒適.而由圖8（b）未加載幅流風(fēng)機(jī)乘員身體節(jié)段溫差波動(dòng)稍大，較大的身體節(jié)段溫差引發(fā)氣流不舒適性.有無(wú)加載幅流風(fēng)機(jī)對(duì)乘員微環(huán)境影響比較明顯，其中軀干及頭部處微環(huán)境影響較大.

圖8 微環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均熱流場(chǎng)對(duì)比Fig.8 Comparison of thermal flow field of micro environment monitoring points

人體各部位氣流不舒適主要受微環(huán)境溫度及流速的影響.由圖9 可知，兩工況DR 值均小于20%，表示符合車廂乘員身體各部位符合乘員對(duì)氣流的滿意度.乘員1 在有無(wú)幅流風(fēng)機(jī)兩種工況和乘員4 有無(wú)幅流風(fēng)機(jī)兩種工況氣流不舒適指標(biāo)，未加載幅流風(fēng)機(jī)的乘員1 和乘員4 氣流不舒適性均在大部分部位高于加載幅流風(fēng)機(jī)的工況.兩種工況氣流不舒適性最差的均為右手，左手也較差.這是由于人體模型雙手放置位置與實(shí)際人體位置有所偏差.乘員1 在加載幅流風(fēng)機(jī)后，人體9 個(gè)部位氣流不舒適性得到降低，其中包括胸部軀干，左手，左上臂，右腳等；乘員4 在加載幅流風(fēng)機(jī)后，人體10 個(gè)部位氣流不舒適性得到降低，其中包括頭部，胸部軀干，右大腿等.這是由于幅流風(fēng)機(jī)的擾動(dòng)性使得人體周圍微環(huán)境處于動(dòng)態(tài)環(huán)境，氣流擾動(dòng)增強(qiáng)，換熱能力提高.而在加載風(fēng)機(jī)后人體各部位氣流不舒適指標(biāo)沒(méi)有得到全部降低，個(gè)別部位DR 值有所增加.這是因?yàn)殡S著在空間不斷擴(kuò)散，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)速衰減，幅流風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)特征均有向著進(jìn)口風(fēng)單一動(dòng)態(tài)特征轉(zhuǎn)變趨勢(shì)，最終交融于進(jìn)口風(fēng).

圖9 不同乘員氣流不舒適指標(biāo)對(duì)比圖Fig.9 Comparison of air flow discomfort

在此基礎(chǔ)上，選取兩工況乘員1 進(jìn)行熱感覺(jué)及熱舒適分析.圖10 為加載幅流風(fēng)機(jī)與未加載幅流風(fēng)機(jī)乘員1 局部熱感覺(jué)及熱舒適對(duì)比.從圖中看出各局部熱感覺(jué)除胸部軀干其余均為正值.加載幅流風(fēng)機(jī)后頭部熱感覺(jué)從2.393 9 降至1.313 3，由暖和轉(zhuǎn)變成微暖.其次是右上臂、右下臂、左上臂局部熱感覺(jué)降低，右手和右腳均有輕微降低.這是由于幅流風(fēng)機(jī)參與工作后，氣流主要吹向頭部及上肢部分，提高換熱效率.其余部位熱感覺(jué)加載前后產(chǎn)生輕微變化.加載風(fēng)機(jī)后頭部熱舒適從比較不舒適轉(zhuǎn)變成接近舒適的狀態(tài)，這說(shuō)明頭部喜好低熱感覺(jué).而腳部則相反，更偏好于溫暖.工況二中，右上臂、右下臂、右手、頭部、左上臂、胸部軀干熱舒適性指標(biāo)大于工況一，其中頭部的熱舒適性指標(biāo)差值最大.兩工況熱舒適最差的均是小腿部分，且加載風(fēng)機(jī)后小腿熱舒適得以輕微改善.而同樣處于車廂底部腳部均為最舒適的部位，這是因?yàn)槟_部偏好溫暖的環(huán)境，車廂底部處于空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)和幅流風(fēng)機(jī)影響最小的位置，溫度較高.

圖10 乘員1 局部熱感覺(jué)、熱舒適指標(biāo)對(duì)比圖Fig.10 Comparison of local thermal sensation and thermal comfort index of occupant 1

夏季整體熱感覺(jué)偏熱的情況下，幅流風(fēng)機(jī)的擾動(dòng)，加快人體大部分部位換熱，降低熱感覺(jué)以提高熱舒適.圖11 中，工況二整體熱感覺(jué)低于工況一7.3%，整體熱舒適上升0.76%.這是由于頭部及上肢部分對(duì)整體熱感覺(jué)影響權(quán)重較大，加載風(fēng)機(jī)后頭部及上肢部分熱感覺(jué)降低后，整體熱感覺(jué)也隨之降低，整體熱舒適升高.雖整體熱舒適有所升高，而整體熱舒適與局部不舒適相關(guān)，小腿部位未能充分受到風(fēng)機(jī)擾動(dòng)，處于車廂底部導(dǎo)致小腿部分熱舒適指標(biāo)沒(méi)有得到明顯改善.

圖11 乘員1 整體熱感覺(jué)、熱舒適指標(biāo)對(duì)比圖Fig.11 Comparison of thermal sensation and thermal comfort index of occupant 1

2.3 不同擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)頻率的影響

機(jī)械風(fēng)和自然風(fēng)給人以不同感受的原因是譜特征上的區(qū)別.保證平均風(fēng)速較高條件下，改進(jìn)機(jī)械風(fēng)的送風(fēng)感，達(dá)到自然風(fēng)譜特征.譜特征和渦旋的紊動(dòng)頻率相關(guān).人體對(duì)一定紊動(dòng)頻率范圍的氣流敏感.因此存在最優(yōu)風(fēng)機(jī)擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)調(diào)整最佳渦旋的紊動(dòng)頻率.使得幅流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械風(fēng)譜特征達(dá)到自然風(fēng)譜特征時(shí)氣流不舒適指標(biāo)、熱感覺(jué)指標(biāo)及熱舒適指標(biāo)最佳.設(shè)置4 組加載風(fēng)機(jī)工況：1.擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)頻率2.75 次/min 動(dòng)態(tài)工況計(jì)算；2.擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)頻率3.75次/min 動(dòng)態(tài)工況計(jì)算；3.擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)頻率3.25 次/min 動(dòng)態(tài)工況計(jì)算；4.擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)頻率4.25 次/min動(dòng)態(tài)工況計(jì)算.

如圖12，在氣流不舒適指標(biāo)上不同頻率擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)下不同乘員均表現(xiàn)出變化趨勢(shì)一致性.這說(shuō)明，不同乘員的整體微環(huán)境換熱受到風(fēng)機(jī)罩頻率改變影響較小.在局部部位上氣流不舒適指標(biāo)有所改變，其中當(dāng)頻率等于4.25 次/min 時(shí)，人體局部氣流不舒適指標(biāo)數(shù)值跳躍性較大，除乘員4 以外，在左手、右手、左腳及右腳均表現(xiàn)出比較舒適的狀態(tài).但其右大腿、右下臂等均表現(xiàn)出不舒適的狀態(tài).這是由于風(fēng)機(jī)擾動(dòng)頻率過(guò)高，使得氣流變得較為不均勻，部分人體部位表現(xiàn)出不舒適的趨勢(shì).因此較高頻率擾動(dòng)的風(fēng)機(jī)擾動(dòng)不可取，影響熱感覺(jué)及熱舒適性.同時(shí)體現(xiàn)了人體局部部位氣流感受偏好不同.通過(guò)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，右上臂、右大腿、右小腿、左上臂、左下臂及左小腿更偏好低擾動(dòng)頻率，即2.75 次/min 和3.25 次/min.而右下臂、右手、右腳、左大腿、左手、左腳及胸部軀干更偏好高頻率擾動(dòng)，即3.75 次/min 和4.25 次/min.因此不同頻率擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)對(duì)人體氣流不舒適性的影響視其部位而定.

圖12 不同乘員不同頻率擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)氣流不適指標(biāo)對(duì)比圖Fig.12 Comparison of air flow discomfort index of different passengers with different frequency disturbance field function

如圖13，乘員1 局部熱感覺(jué)除胸部軀干均為正值.通過(guò)對(duì)比，隨著擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)頻率的增大，右小腿、右小腿和左腳熱感覺(jué)逐漸增大，右上臂、右大腿、右腳、左下臂、左大腿及左手呈現(xiàn)間歇增大.這些部位受擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)影響較大，其中左腳較為明顯.所有工況局部熱舒適最差均為左、右小腿.但其頻率的改變對(duì)左、右小腿影響熱感覺(jué)影響不大.這是由于人體小腿處于車廂底部，擾動(dòng)頻率特征不斷衰減.

圖13 不同頻率擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)乘員1 局部熱感覺(jué)、舒適指標(biāo)對(duì)比Fig.13 Comparison of local thermal sensation and comfort index of occupant 1 in different frequency disturbance field functions

圖14 中整體熱感覺(jué)、熱舒適指標(biāo)隨著頻率的增大而增大，頻率跨度越大影響越大.4.25 次/min 的頻率擾動(dòng)場(chǎng)相對(duì)于2.75 次/min 整體熱感覺(jué)增加了0.083 1.2.75 次/min 的頻率擾動(dòng)場(chǎng)整體熱舒適為-2.010 25，4.25 次/min 的為-2.022 4.可見擾動(dòng)場(chǎng)頻率的改變雖對(duì)人體熱感覺(jué)及熱舒適指標(biāo)有著規(guī)律性影響，但影響效果在頻率高差值時(shí)更為明顯.

圖14 不同頻率擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)乘員1 整體熱感覺(jué)、舒適指標(biāo)對(duì)比Fig.14 Comparison of thermal sensation and comfort index of occupant 1 in different frequency disturbance field functions

3 結(jié)論

1）人體熱感覺(jué)、熱舒適性指標(biāo)是多種因素綜合作用的結(jié)果，包括溫度、速度等.人體表面微環(huán)境決定著人體換熱環(huán)境，微環(huán)境更加均勻時(shí)人體換熱效果更佳，氣流不舒適指標(biāo)越低.

2）加載幅流風(fēng)機(jī)可增強(qiáng)車廂氣流擾動(dòng)，提高環(huán)境空氣參數(shù)均勻，降低整體熱感覺(jué)，提高整體熱舒適.其對(duì)于乘員頭部熱感覺(jué)指標(biāo)降低，熱舒適指標(biāo)升高較為明顯.

3）較高頻率的擾動(dòng)會(huì)使得車廂氣流不穩(wěn)定導(dǎo)致氣流不舒適性指標(biāo)增加.在一定范圍內(nèi)，低頻率機(jī)械風(fēng)態(tài)更接近自然風(fēng)，隨著擾動(dòng)場(chǎng)函數(shù)頻率的增加，車廂乘員人體整體熱感覺(jué)降低、整體熱舒適升高.