汽车乘员舱多节点传热模型仿真方法的研究及应用

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.07.031

中国机械工程 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (7): 1803-1809.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.07.031

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汽车乘员舱多节点传热模型仿真方法的研究及应用

袁侠义¹^,²(), 袁伟¹(), 罗泽轩², 肖露², 黄俊杰¹, 张晓清¹

^1.华南理工大学机械与汽车工程学院, 广州, 510641
^2.广州汽车集团股份有限公司, 广州, 511434

收稿日期:2025-07-13 出版日期:2026-07-25 发布日期:2026-08-18
通讯作者: 袁伟
作者简介:袁侠义，男，1983年生，博士研究生，高级工程师。研究方向为汽车空气动力学与热管理。发表论文20余篇。E-mail：yuanxiayi83@163.com
袁伟^*（通信作者），男，1983年生，教授、博士研究生导师。研究方向为节能、新能源和新型储能等先进制造技术。发表论文160余篇。E-mail：mewyuan@scut.edu.cn
第一联系人：王洪鹏，男，1972年生，正高级工程师。研究方向为灵活燃煤发电技术、汽轮机设计。发表论文20余篇。E-mail： hongpengwang@126.com。田紫芊^*（通信作者），女，1996年生，博士，助理研究员。研究方向为灵活燃煤发电技术、新型电力系统及储能。发表论文 10 余篇。E-mail： tianziqian@hrl.ac.cn。
基金资助:
国家自然科学基金(U22A20193);广东省自然科学基金(2023B1515120040)

Research and Application of the Simulation Method for the Multi-node Heat Transfer Model of Vehicle Cabin

YUAN Xiayi¹^,²(), YUAN Wei¹(), LUO Zexuan², XIAO Lu², HUANG Junjie¹, ZHANG Xiaoqing¹

^1.School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou，510641
^2.Guangzhou Automobile Group Co. ，Ltd. ，Guangzhou，511434

Received:2025-07-13 Online:2026-07-25 Published:2026-08-18
Contact: YUAN Wei

摘要/Abstract

摘要：

基于耦合的一维模型和三维模型建立了汽车乘员舱多节点传热模型的仿真方法，开展了乘员舱部件材料的热物性参数测试和整车环境仓热舒适性测试，并对该仿真方法的计算精度进行了分析。仿真与试验测试结果表明：相比单节点传热模型仿真，多节点传热模型仿真的乘员头部温度预测精度更高，误差在5%以内，可满足工程应用。对某MPV车型的空调出风口设计方案的评估表明，该仿真方法可有效指导汽车乘员舱热舒适性能开发与方案设计。

关键词: 多节点传热模型, 汽车乘员舱, 热舒适性, 空调出风口

Abstract:

Based on coupled 1D and 3D simulations， a multi-node heat transfer model for the vehicle cabin was established. Thermophysical properties of cabin materials were measured， and thermal comfort tests were conducted in an environmental chamber. The simulation accuracy was then validated. The results show that the multi-node model predicts occupant head temperature with higher accuracy （error within 5%） than the traditional single-node model， and meets engineering requirements. Evaluation of air conditioning outlet designs for an MPV model indicates that the proposed method can effectively guide the development and optimization of cabin thermal comfort performance.

Key words: multi-node heat transfer model, vehicle cabin, thermal comfort, air conditioning vent

中图分类号:

TP182

袁侠义, 袁伟, 罗泽轩, 肖露, 黄俊杰, 张晓清. 汽车乘员舱多节点传热模型仿真方法的研究及应用[J]. 中国机械工程, 2026, 37(7): 1803-1809.

YUAN Xiayi, YUAN Wei, LUO Zexuan, XIAO Lu, HUANG Junjie, ZHANG Xiaoqing. Research and Application of the Simulation Method for the Multi-node Heat Transfer Model of Vehicle Cabin[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(7): 1803-1809.

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图/表 20

图1 乘员舱传热负荷组成示意图

Fig.1 Schematic diagram of heat load components in the passenger compartment

图2 一维/三维仿真建模

Fig.2 1D/3D simulation modeling

图3 乘员舱空间交界面流量的计算结果

Fig.3 Flow rate results at cabin zone interfaces

表1 主要零部件的物性参数测试值

Tab. 1 Measured physical properties of key components

序号	部件	厚度/mm	热导率W/（m·K）	密度/（g·cm^-3）	比热J/（kg·K）	吸收率/%	透射率/%
1	顶棚	8.36	0.059	0.15	1367.3	55.33	0
2	地毯（灰）	6.14	0.050	0.19	302.1	97.80	0
3	地毯（白）	6.14	0.050	0.19	302.1	54.10	0
4	门内饰板（软包）	5.22	0.097	0.65	28.2	94.91	0
5	内饰硬塑料（黑）	2.37	0.361	1.07	1202.0	94.77	0
6	座椅靠背（非皮）	10.13	0.064	0.11	7653.6	95.83	0
7	仪表板表面（黑）	5.89	0.097	0.75	858.7	95.61	0
8	遮阳帘	0.60	0.410	0.44	1318.2	49.84	0.05
9	天幕玻璃（双银）	4.82	0.817	2.24	1480.7	60.98	4.22
10	单层玻璃	3.85	2.415	2.47	991.9	34.25	58.17
11	夹层玻璃	4.87	0.880	2.25	871.1	40.02	52.42

图4 单层玻璃光谱透射率与吸收率

Fig.4 Transmittance and absorption of single-pane glass

图5 头部温度布点示意图

Fig.5 Head Temperature Measuring Point Layout Diagram

表2 关键时刻点的乘员头部温度

Tab.2 Passenger head temperature at critical moments

时间/min		10	40	60	90
一排头温	试验/（℃）	29.1	24.0	21.9	24.6
	仿真/（℃）	29.2	24.1	21.7	24.0
	误差/%	0.34	0.42	-0.91	-2.44
二排头温	试验/（℃）	31.9	25.9	23.4	25.6
	仿真/（℃）	31.4	25.7	23.2	25.1
	误差/%	-1.57	-0.77	-0.85	-1.95
三排头温	试验/（℃）	34.8	27.9	25.4	26.7
	仿真/（℃）	34.8	27.4	25.5	26.2
	误差/%	0.00	-1.79	0.39	-1.87

图6 车速曲线

Fig.6 Vehicle speed curve

图7 头部温度和玻璃表面温度曲线

Fig.7 Temperature curves of head and glass surface

图8 环境模拟舱测试车内零件温度

Fig.8 Temperature of vehicle components tested in environmental simulation chamber

图9 仿真计算输入

Fig.9 Simulation input

图10 整车流场仿真示意图

Fig.10 Schematic of Full Vehicle Flow Field Simulation

图11 乘员头部温度变化

Fig.11 Changes in passenger head temperature

图12 各排温度仿真误差

Fig.12 Simulation error of temperature in each row

图13 风口方案示意图

Fig.13 Schematic Diagram of Air Vent Layout

表3 风量分配表 (m3/h)

Tab.3 Airflow Distribution

		方案A	方案B	方案C
一排风口	IP风口左	104.0	104.0	83.2
	IP风口中左	104.0	104.0	83.2
	IP风口中右	104.0	104.0	83.2
	IP风口右	104.0	104.0	83.2
二排风口	顶棚二排左	70.0	70.0	70.0
	顶棚二排右	70.0	70.0	70.0
	B柱二排左	0.0	0.0	41.6
	B柱二排右	0.0	0.0	41.6
三排风口	顶棚三排左	70.0	70.0	70.0
三排风口	顶棚三排右	70.0	70.0	70.0
总计		696.0	696.0	696.0

图14 乘员舱三维仿真简化模型

Fig.14 Simplified 3D simulation model of passenger cabin

图15 三维流场仿真结果示意图

Fig.15 Diagram of 3D Flow Field Simulation Results

表4 三种方案的交界面风量计算结果 (m3/h)

Tab.4 Comparison of air volume calculation results at the interface of three schemes

风量	方案A	方案B	方案C
一排到二排	159	360.0	200.0
二排到一排	159	360.0	283.6
二排到三排	0	32.0	0

图16 三种方案的各排头温变化

Fig.16 Head temperature changes of passengers in each row under three different schemes

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Research and Application of the Simulation Method for the Multi-node Heat Transfer Model of Vehicle Cabin

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