基于暖体假人的数值人体热传递性能模拟研究

基于暖体假人的数值人体热传递性能模拟研究#李俊1,2,王云仪1,2,黄紫薇1,2,卢业虎1,2,赵蒙蒙1,2*51015(1.东华大学服装学院功能防护服装研究中心;2.现代服装设计与技术教育部重点实验室)摘要:本文旨在探讨一种模拟和再现人工气候室内暖体假人现场实验CFD技术方法,并以此为基础,建立简化的服装模型,研究和预测不同条件下人体和服装之间空气层内的温度分布。利用人工气候实验室及暖体假人进行现场实验,并分别以人工气候实验室与暖体假人为原型建立虚拟气候室与数值人体,利用CFD技术对人工气候实验室内的现场实验进行模拟与再现。在检验模拟结果与现场实验一致性的基础上,针对虚拟气候室在空间尺寸等方面的局限,建立优化数值气候室;对优化数值气候室内20℃,0.05m/s送风工况下数值人体自然对流热浮力流的温度场、速度场分布以及热传递属性参数进行预测。在相同的环境条件下,预测躯干着装时衣下空气层内的温度分布。研究结果表明CFD模拟结果与人工气候实验室内暖体假人现场实验结果具有良好的一致性。同时,CFD技术方法能够预测室内人体的热传递性能参数以及体表空气层的温度场分布情况。关键词:暖体假人;CFD模拟;空气层;热传递中图分类号:TS941.1620HeattransferpropertiesofthenumericalhumanbodysimulatedfromthethermalmanikinLiJun1,2,WangYunyi1,2,HuangZiwei1,2,LuYehu1,2,ZhaoMengmeng1,2(1.Protectiveclothingresearchcenter,FashionInstitute,Donghua,Shanghai200051,China;253035402.KeyLaboratoryofclothingdesignandtechnology,MinistryofEducation,Shanghai200051,China)Abstract:Thispaperseekstopredicttheheattransferpropertiesofthenumericalmanikin.Italsoaimstoestablishasimplifiedclothingmodelbasedoncomputationalfluiddynamics(CFD)topredictthetemperatureinairlayersbetweenthermalmanikinandclothingunderdifferentenvironments.Thefieldexperimentsofnudeorclothedthermalmanikinwereconductedinaclimaticchamber.TheCFDmethodwasemployedtobuildanudeorclothednumericalmanikintosimulatethefieldexperiment.Thedistributionoftemperatureandthevelocityfieldaroundthenudehumanbodyandheattransfercoefficientsweresimulatedintheoptimizednumericalclimatechamberwithatemperatureof20oCandvelocityof0.05m/s.Thetemperatureinairlayersentrappedinclothingdressedonthetorsoofmanikinwasalsopredictedunderthesameenvironmentalcondition.TheCFDresultsshowedgoodagreementwiththatofthenudeorthedressedthermalmanikinexperiment.ItdemonstratedthatCFDcouldproperlypredicttheheattransferpropertiesofindoorhumanandtemperaturedistributionintheairlayerbetweenhumanbodyandclothing.Keywords:Thermalmanikin;CFDsimulation;Airlayer;Heattransfer0IntroductionForaclothedhuman,anairlayerisproducedbetweentheinnerclothingandtheskin基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(20110075120009/20110075110005)作者简介:李俊(1970),男,教授,功能防护服装.lijun@dhu.edu.cn-1-surface.Thethermalandmoisturepropertiesofthemicroclimatearegreatlyrelatedto4550556065theexternalenvironmentandtheclothingsystem.Thestudyonthemechanismassociatedwithheatandmasstransferandtheirdistributionsintheairlayerarethebasisofthermalcomfortevaluation.Thebiophysicalanalysisonoverallheattransferpropertiesofclothingwithmanikinexperimentsconductedintheclimaticchamberisthekeyobjectiveevaluationmethodbeforehumantrailexperiments(Umbach,1998).However,itistimeconsumingandcostlytoimplementweartrialstoinvestigatemicroclimateproperties.Withthedevelopmentofthecomputationalfluiddynamics(CFD),itispossibletosimulateandpredictthethermalandmoisturepropertiesofmicroclimatewithvariousclothingcombinations.Inrecentyears,theresearchonindoorthermalenvironmentsbyCFDtechnologyhasemerged(Kat...

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