《Applied Sciences》：Simulation of Cabin Passengers’ Thermal Comfort Based on Objective Evaluation
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传统的评价指标——包括平均空气温度、流场分布及呼吸区温度——无法充分表征太阳辐射对乘员热舒适的实际影响。因此，本研究基于Fiala人体生理体温调节模型(human physiological thermoregulation model)与Berkeley–Z
传统的评价指标——包括平均空气温度、流场分布及呼吸区温度——无法充分表征太阳辐射对乘员热舒适的实际影响。因此，本研究基于Fiala人体生理体温调节模型(human physiological thermoregulation model)与Berkeley–Zhang热舒适评价标准(Berkeley–Zhang thermal comfort evaluation criterion)，建立了一种用于乘员热舒适客观评价的耦合仿真方法(coupled simulation method)，并在此基础上初步探究了前风挡玻璃太阳辐射透射率(solar radiation transmittance)对乘员热舒适的影响。研究结果表明：当玻璃透射率由0.52降至0.37时，稳态下车厢平均空气温度降低约0.5?°C，整体热舒适值由0.67升高至1.2；此外，左侧小腿(crus)接受的太阳辐射强度最大，导致局部热舒适性最差。该结果验证了所提方法的可行性与有效性，可为车辆车厢的热舒适研究提供依据。
《Applied Sciences》刊登的这篇研究针对现有车辆车厢乘员热舒适评估方法的不足展开工作。传统做法多用平均空气温度、流场分布或呼吸区温度来评判，且常依赖耗时长、成本高的主观问卷调查，或在产品开发阶段仅用等效温度(equivalent temperature, ET)、有效吹风温度(effective draft temperature, EDT)等CFD指标，这些方法均未能定量刻画非均匀、瞬态环境下太阳辐射对人体局部及整体热舒适的独立影响，也无法为新车开发中玻璃光学参数的选取提供直接依据。PMV?PPD模型忽略个体差异且不适于车厢非均匀热环境；Fiala提出的动态热感觉(Dynamic Thermal Sensation, DTS)准则又不能分析局部热舒适(local thermal comfort, LTC)。Berkeley–Zhang模型则可根据局部皮肤温度、平均皮温及其变化率计算人体19个分段的局部热感觉(local thermal sensation, LTS)与局部及整体热舒适(overall thermal comfort, OTC)，适合瞬态非均匀环境评价。为此，研究人员基于Fiala生理体温调节模型(Fiala Physiology and Comfort, FPC model)与Berkeley–Zhang客观热舒适评价准则，借助STAR?CCM+与Theseus?FE平台搭建双向耦合仿真流程，对真实SUV车厢模型开展瞬态数值模拟，系统考察前风挡玻璃太阳透射率变化对乘员热舒适的影响，验证了该方法在工程应用中的可行性，并指出玻璃太阳透射率是影响乘员热舒适的关键因素。
主要关键技术方法
研究人员选取实车逆向建模的真实SUV车厢几何模型，采用STAR?CCM+求解Realizable k?ε湍流模型获得车内瞬态流场与温度场，Theseus?FE的THERMAL模块内置多层多节段热人体模型(20个柱/球形体段含脑、肺、骨、肌、脂肪、皮肤等组织层)及Berkeley–Zhang评价准则计算人体热交换与热舒适；两软件间在每个时间步双向传递车体及人体表面温度、近体流体温度与对流换热系数，时间步长1?s、总时长600?s。边界条件设定环境温度/初始车厢及车身温度40?°C，太阳辐照度1050?W/m2、太阳高度角90°，出风口温度5?°C、质量流量0.05?kg/s，热假人着典型夏装，前风挡玻璃太阳吸收率0.43、透射率0.52、反射率0.05、长波发射率0.8，对比工况将透射率调至0.37、吸收率调至0.58。
4.1. Analysis of Cabin Flow Field（车厢流场分析）
通过后处理得到稳态下车内冷气流从两侧出风口充分循环覆盖全舱，最高温约50?°C出现在后舱及前风挡附近，大部分区域低于25?°C；假人背部因左侧出风口气流在腰部偏转而出现最高约2.0751?m/s风速，其余部位近零。该流场基本不直接吹拂人体，排除了变风速与变气温对人体热感觉的干扰，使太阳辐射对热舒适的独立影响可被单独识别。
4.2. Passenger Surface Temperature Field（乘员表面温度场）
Theseus?FE计算显示暴露部位(如手、左腿)皮肤温度约36?°C，着衣区因服装隔热降至约28?°C；手部与左腿升温主要由透过玻璃的太阳辐射引起，背部高温源于座椅初始高温导热。该温度分布为后续局部热舒适计算提供输入。
4.3. Impact of Solar Radiation on Human Local Thermal Comfort（太阳辐射对人体局部热舒适的影响）
太阳垂直入射下左手、前臂及左右小腿尤其是左侧大腿内侧受辐照最强。Berkeley–Zhang模型计算表明整体热舒适值在0.7～1之间，其中左侧小腿局部热舒适值最低(0～0.6)且随模拟时间持续下降，臀部局部热舒适较好(2～3)但也逐渐降低；左侧小腿因持续受太阳辐射照射致局部过热、舒适性持续恶化并拖累整体热舒适，证明非均匀太阳辐射是导致局部及整体热舒适下降的主因。
4.4. Impact of Glass Transmissivity on Thermal Comfort of Passengers（玻璃透射率对乘员热舒适的影响）
将前风挡太阳透射率由0.52降至0.37(吸收率相应升至0.58)，稳态平均车厢气温仅降低约0.5?°C，但整体热舒适值由0.67提升至1.2。说明仅用平均气温无法充分体现太阳辐射对热舒适的作用，降低玻璃太阳透射率可显著改善乘员热舒适，是新车玻璃选型、空调匹配及自动空调控制策略制定时需重点考虑的参数。
讨论与结论翻译
本研究基于Fiala人体生理体温调节模型与Berkeley–Zhang热舒适评价标准，利用STAR?CCM+和Theseus?FE建立了车厢乘员热舒适客观评价的耦合仿真方法，可高效完成车厢热舒适的数值模拟与客观评估。夏季受太阳辐射曝晒的人体部位热舒适性明显变差，且该不利影响随时间推移逐渐传播并降低乘员整体热舒适。汽车玻璃太阳透射率是决定乘员热舒适的关键因素——当玻璃透射率由0.52降至0.37时，稳态车厢平均空气温度约降0.5?°C，而整体热舒适值由0.67升至1.2。因此车辆开发阶段应在玻璃参数选择、空调系统匹配及自动空调控制策略制定中充分考虑太阳辐射影响。本研究验证了该方法的可行性与有效性，为车辆车厢热舒适研究提供了基础，后续尚需实验对仿真结果进行验证。
