機艙個人噴嘴通風系統(tǒng)對人體熱舒適的影響研究.pdf

1、飛機作為人們長途出行的首選交通工具,致使人們暴露于機艙內(nèi)熱環(huán)境的時間越來越多,但作為典型的特殊微環(huán)境,與室內(nèi)環(huán)境相比,具有明顯的差異,主要體現(xiàn)在空間狹小、人員密度高、不能任意走動。有關調查數(shù)據(jù)顯示,約有25％的旅客對座艙熱環(huán)境不滿意,遠比建筑內(nèi)的不滿意率(5％~10％)高很多,因此,營造―健康‖、―舒適‖的座艙環(huán)境,已成為大型客機的主要競爭指標之一。為了控制艙內(nèi)熱環(huán)境,現(xiàn)役飛機上設置了兩個空氣分配系統(tǒng),一個是主通風系統(tǒng),另一個是個人噴嘴

2、送風系統(tǒng)。主通風系統(tǒng)主要是營造艙內(nèi)較為穩(wěn)定的熱環(huán)境,以滿足多乘客的健康和舒適要求,而個人噴嘴送風系統(tǒng)是根據(jù)乘客存在個體差異的需求,為乘客提供自我控制調節(jié)的送風方式。個人噴嘴送風系統(tǒng)較為特殊,對該領域的研究一直處于空白,尤其是該系統(tǒng)對乘客的舒適影響研究方面。因此,系統(tǒng)分析個人噴嘴送風系統(tǒng)對人體熱舒適影響作用對現(xiàn)役飛機空調系統(tǒng)進一步優(yōu)化有重要意義。本文基于國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目―大型客機座艙內(nèi)空氣環(huán)境控制的關鍵科學問題研

3、究‖,重點圍繞客艙個人噴嘴通風系統(tǒng)對人體熱舒適影響作用開展研究。
　　論文首先對飛機實際飛行過程中座艙熱環(huán)境現(xiàn)狀開展調查研究。在一年半時間里,進行了不同季節(jié)下的23個航班艙內(nèi)空氣溫度和相對濕度的測量和熱舒適問卷調查,結果表明:在巡航狀態(tài),艙內(nèi)空氣溫度和相對濕度基本保持相對穩(wěn)定,空氣溫度保持在25℃~28℃的范圍內(nèi),相對濕度保持在20％~30％范圍內(nèi);超過60％的乘客認為有必要設置個人噴嘴送風系統(tǒng),主要原因是悶熱;多數(shù)乘客選擇部分開

4、啟狀態(tài)進行調節(jié),調節(jié)部位主要是集中在上身部位。
　　其次,搭建三排座飛機模型艙,采用現(xiàn)役飛機上真實的個人通風噴嘴,營造與飛機巡航中較為相似的艙內(nèi)熱環(huán)境,通過模擬乘客從登機到穩(wěn)定整個變化過程的實驗,分析受試者主觀熱反應的變化規(guī)律和對個人通風噴嘴的使用規(guī)律。結果表明:不同上座率下,人體整體平均熱感覺投票值最大出現(xiàn)在剛進入座艙時,然后隨著時間變化熱感覺投票值逐漸降低,氣流感投票值變化規(guī)律與熱感覺相反;有超過50％以上的受試者因為悶熱等原

5、因,開啟個人通風噴嘴,對上身部位進程調節(jié)來改善熱舒適;噴嘴的使用率和開度均隨時間先增大后逐漸降低,并趨于穩(wěn)定,開度上多數(shù)處于部分開啟狀態(tài)。在此基礎上開展不同開度個人通風噴嘴等溫射流流動特性測試和分析,結果表明:在射流主體段軸心風速隨截面距離的增大而不斷減小,不同截面上風速的分布近似呈軸對稱的規(guī)律,基本符合圓形射流的衰減規(guī)律。并通過經(jīng)驗公式計算得到了座艙內(nèi)噴嘴等溫射流在全開和半開狀態(tài)下的紊流系數(shù)a和射流擴散角?,并得到了軸心速度的無量綱衰

6、減規(guī)律。
　　再次,基于三排座飛機模型艙,在等溫送風和噴嘴送風與座艙環(huán)境存在5℃溫差的非等溫送風工況下,結合主要生理指標測試,開展噴嘴對身體主要部位吹風時對人體熱舒適的影響研究,結果表明:在對上身部位進行調節(jié)時,人體熱感覺、氣流感和平均皮膚溫度的變化最大;在相同的調節(jié)部位下,噴嘴開度為2/3和全開時對整體熱感覺和皮膚溫度的影響較大,1/3開度影響最小,但2/3開度和全開的影響程度差異較小;利用一一配對T檢驗,對等溫送風和5℃溫差的

7、非等溫送風實驗結果進行顯著性分析,結果表明兩者之間并沒有顯著性差異。結合平均皮膚溫度和整體熱感覺的分析發(fā)現(xiàn)平均皮膚溫度與整體熱感覺有明顯的線性關系。另外平均氣流感與平均熱感覺也存在負相關的線性關系。
　　最后,結合主成分分析法對身體各局部部位做進一步的歸類處理,確定了兩大部位,分別是頭部部位和頭部一下部位(軀干和四肢部位),并求得頭部以下部位總的平均熱感覺。在此基礎上通徑分析方法,對身體這兩大部位平均熱感覺對整體熱感覺的直接影響效

8、應和間接影響效應進行分析,結果表明了干肢部位熱感覺對整體熱感覺的直接影響較大;在間接影響中,頭部部位通過上身部位對整體熱感覺存在一定的間接影響,干肢部位通過頭部對整體熱感覺的間接影響較小;以熱感覺的生理機理分析為基礎,結合平均皮膚溫度的權重系數(shù)、身體冷熱點的分布密度和回歸分析的結果,確定了此模型艙熱環(huán)境下兩大部位平均熱感覺與整體熱感覺的最終預測模型,權重系數(shù)分別是0.31和0.69并利用實驗數(shù)據(jù)進行驗證。
　　論文提出了個人噴嘴通