機(jī)艙個(gè)人噴嘴通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)人體熱舒適的影響研究.pdf

1、飛機(jī)作為人們長(zhǎng)途出行的首選交通工具,致使人們暴露于機(jī)艙內(nèi)熱環(huán)境的時(shí)間越來(lái)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(dòng)。有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,約有25％的旅客對(duì)座艙熱環(huán)境不滿意,遠(yuǎn)比建筑內(nèi)的不滿意率(5％~10％)高很多,因此,營(yíng)造―健康‖、―舒適‖的座艙環(huán)境,已成為大型客機(jī)的主要競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)之一。為了控制艙內(nèi)熱環(huán)境,現(xiàn)役飛機(jī)上設(shè)置了兩個(gè)空氣分配系統(tǒng),一個(gè)是主通風(fēng)系統(tǒng),另一個(gè)是個(gè)人噴嘴

2、送風(fēng)系統(tǒng)。主通風(fēng)系統(tǒng)主要是營(yíng)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(gè)人噴嘴送風(fēng)系統(tǒng)是根據(jù)乘客存在個(gè)體差異的需求,為乘客提供自我控制調(diào)節(jié)的送風(fēng)方式。個(gè)人噴嘴送風(fēng)系統(tǒng)較為特殊,對(duì)該領(lǐng)域的研究一直處于空白,尤其是該系統(tǒng)對(duì)乘客的舒適影響研究方面。因此,系統(tǒng)分析個(gè)人噴嘴送風(fēng)系統(tǒng)對(duì)人體熱舒適影響作用對(duì)現(xiàn)役飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化有重要意義。本文基于國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目―大型客機(jī)座艙內(nèi)空氣環(huán)境控制的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題研

3、究‖,重點(diǎn)圍繞客艙個(gè)人噴嘴通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)人體熱舒適影響作用開(kāi)展研究。
　　論文首先對(duì)飛機(jī)實(shí)際飛行過(guò)程中座艙熱環(huán)境現(xiàn)狀開(kāi)展調(diào)查研究。在一年半時(shí)間里,進(jìn)行了不同季節(jié)下的23個(gè)航班艙內(nèi)空氣溫度和相對(duì)濕度的測(cè)量和熱舒適問(wèn)卷調(diào)查,結(jié)果表明:在巡航狀態(tài),艙內(nèi)空氣溫度和相對(duì)濕度基本保持相對(duì)穩(wěn)定,空氣溫度保持在25℃~28℃的范圍內(nèi),相對(duì)濕度保持在20％~30％范圍內(nèi);超過(guò)60％的乘客認(rèn)為有必要設(shè)置個(gè)人噴嘴送風(fēng)系統(tǒng),主要原因是悶熱;多數(shù)乘客選擇部分開(kāi)

4、啟狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)部位主要是集中在上身部位。
　　其次,搭建三排座飛機(jī)模型艙,采用現(xiàn)役飛機(jī)上真實(shí)的個(gè)人通風(fēng)噴嘴,營(yíng)造與飛機(jī)巡航中較為相似的艙內(nèi)熱環(huán)境,通過(guò)模擬乘客從登機(jī)到穩(wěn)定整個(gè)變化過(guò)程的實(shí)驗(yàn),分析受試者主觀熱反應(yīng)的變化規(guī)律和對(duì)個(gè)人通風(fēng)噴嘴的使用規(guī)律。結(jié)果表明:不同上座率下,人體整體平均熱感覺(jué)投票值最大出現(xiàn)在剛進(jìn)入座艙時(shí),然后隨著時(shí)間變化熱感覺(jué)投票值逐漸降低,氣流感投票值變化規(guī)律與熱感覺(jué)相反;有超過(guò)50％以上的受試者因?yàn)閻灍岬仍?/p>

5、因,開(kāi)啟個(gè)人通風(fēng)噴嘴,對(duì)上身部位進(jìn)程調(diào)節(jié)來(lái)改善熱舒適;噴嘴的使用率和開(kāi)度均隨時(shí)間先增大后逐漸降低,并趨于穩(wěn)定,開(kāi)度上多數(shù)處于部分開(kāi)啟狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展不同開(kāi)度個(gè)人通風(fēng)噴嘴等溫射流流動(dòng)特性測(cè)試和分析,結(jié)果表明:在射流主體段軸心風(fēng)速隨截面距離的增大而不斷減小,不同截面上風(fēng)速的分布近似呈軸對(duì)稱的規(guī)律,基本符合圓形射流的衰減規(guī)律。并通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到了座艙內(nèi)噴嘴等溫射流在全開(kāi)和半開(kāi)狀態(tài)下的紊流系數(shù)a和射流擴(kuò)散角?,并得到了軸心速度的無(wú)量綱衰

6、減規(guī)律。
　　再次,基于三排座飛機(jī)模型艙,在等溫送風(fēng)和噴嘴送風(fēng)與座艙環(huán)境存在5℃溫差的非等溫送風(fēng)工況下,結(jié)合主要生理指標(biāo)測(cè)試,開(kāi)展噴嘴對(duì)身體主要部位吹風(fēng)時(shí)對(duì)人體熱舒適的影響研究,結(jié)果表明:在對(duì)上身部位進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí),人體熱感覺(jué)、氣流感和平均皮膚溫度的變化最大;在相同的調(diào)節(jié)部位下,噴嘴開(kāi)度為2/3和全開(kāi)時(shí)對(duì)整體熱感覺(jué)和皮膚溫度的影響較大,1/3開(kāi)度影響最小,但2/3開(kāi)度和全開(kāi)的影響程度差異較小;利用一一配對(duì)T檢驗(yàn),對(duì)等溫送風(fēng)和5℃溫差的

7、非等溫送風(fēng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行顯著性分析,結(jié)果表明兩者之間并沒(méi)有顯著性差異。結(jié)合平均皮膚溫度和整體熱感覺(jué)的分析發(fā)現(xiàn)平均皮膚溫度與整體熱感覺(jué)有明顯的線性關(guān)系。另外平均氣流感與平均熱感覺(jué)也存在負(fù)相關(guān)的線性關(guān)系。
　　最后,結(jié)合主成分分析法對(duì)身體各局部部位做進(jìn)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(jué)。在此基礎(chǔ)上通徑分析方法,對(duì)身體這兩大部位平均熱感覺(jué)對(duì)整體熱感覺(jué)的直接影響效

8、應(yīng)和間接影響效應(yīng)進(jìn)行分析,結(jié)果表明了干肢部位熱感覺(jué)對(duì)整體熱感覺(jué)的直接影響較大;在間接影響中,頭部部位通過(guò)上身部位對(duì)整體熱感覺(jué)存在一定的間接影響,干肢部位通過(guò)頭部對(duì)整體熱感覺(jué)的間接影響較小;以熱感覺(jué)的生理機(jī)理分析為基礎(chǔ),結(jié)合平均皮膚溫度的權(quán)重系數(shù)、身體冷熱點(diǎn)的分布密度和回歸分析的結(jié)果,確定了此模型艙熱環(huán)境下兩大部位平均熱感覺(jué)與整體熱感覺(jué)的最終預(yù)測(cè)模型,權(quán)重系數(shù)分別是0.31和0.69并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　論文提出了個(gè)人噴嘴通