Capitolo 2 Impostazioni analisi CFD pag. 3

- I -

Indice

Capitolo 1 Introduzione pag. 1

Capitolo 2 Impostazioni analisi CFD pag. 3

2.1 P

-

. 4

2.2 I

. 8 2.2.1 Impostazioni riguardanti la non stazionarietà

2.2.1.1 Time step size

2.2.1.2 Number of Time Steps 2.2.1.3 Max Iterations per Time Step

2.3 C

. 13 2.3.1 Bocchette di ingresso

2.3.2 Bocchette di uscita 2.3.3 Valori di riferimento

2.4 C

.

15

Indice

- II -

Capitolo 3 Analisi CFD: Post processing pag. 16

3.1 A

.

17 3.1.1 Analisi indice di convergenza

3.1.2 Analisi dei residui

3.2 C

.

20 3.2.1 Simulazione Stazionaria e non stazionaria n°1

3.2.2 Simulazione Stazionaria e non stazionaria n°2 3.2.3 Simulazioni non stazionarie

3.3 C

CFD

.

25

Capitolo 4 Fisiologia umana

.

27

4.1 I

.

29

4.2 L

31

4.2.1 Legge di Weber 4.2.2 Legge di Fechner 4.2.3 Legge di Stevens

4.3 S

36

4.3.1 Sensazioni termiche statiche e dinamiche 4.3.2 Risposte a temperatura cutanea costante

4.4 I

42

4.4.1 Superficie di DuBois 4.4.2 Norma UNI 8996

4.5 B

.

46

4.5.1 Termoregolazione

4.6 E

49 4.6.1 Scambio di calore attraverso la respirazione

4.6.2 Irraggiamento

4.6.3 Convezione

Indice

- III - 4.6.4 Sudorazione

4.6.5 Diffusione 4.6.6 Conduzione

4.6.7 Termine di Accumulo

Capitolo 5 Indici di comfort pag. 59

5.1 I

60

5.1.1 Predicted mean vote PMV

5.1.2 Predicted percentuages of dissatistied PPD 5.1.3 Temperatura operativa t

5.2 T

ET* (M

ASHRAE)

66 5.3 A

67

5.3.1 Indice Scharlau 5.3.2 Indice di Thom

5.3.3 Indice termoigrometrico 5.3.4 Indice di tensione relativa 5.3.5 New Summer Sinner index 5.3.6 Humidex

5.3.7 Temperatura equivalente

5.4 I

78 5.4.1 Draught rating

5.4.2 Asimmetria temperatura radiante 5.4.3 Gradienti verticali di temperatura 5.4.4 Pavimento troppo caldo o freddo

Capitolo 6 Grandezze di riferimento pag 85

6.1 G

’

86 6.1.1 Temperatura dell’aria

6.1.2 Temperatura radiante

Indice

- IV - 6.1.3 Velocità dell’aria

6.1.4 Umidità relativa

6.2 G

92 6.2.1 Attività metabolica

6.2.2 Resistenza termica dell’abbigliamento

6.3 C

COMFORTEVOLE PAG

93

Capitolo 7 Indice di stima del comfort in abitacolo pag 96 7.1 P

96

7.2 S

98

7.2.1 Metodologia 7.2.2 Bilancio globale 7.2.3 Raffica

7.2.4 Gradiente verticale 7.2.5 Gradiente laterale

7.3 P

107

7.3.1 Abitacolo di un’autovettura 7.3.2 Punti di controllo lato guida 7.3.3 Punti di controllo lato passeggero 7.3.4 Punti di controllo passeggeri posteriori

Capitolo 8 Conclusioni e sviluppi futuri pag 113

Bibliografia e sitografia pag 116

- V -

Elenco delle Figure

Figura 2.01 Posizione punti di controllo (1) Figura 2.02 Posizione punti di controllo (2) Figura 2.03 Impostazioni del solutore

Figura 2.04 Definizione caratteristiche delle simulazioni non stazionarie Figura 2.05 Definizione caratteristiche della pressure outlet

Figura 3.01 Andamento indice di convergenza Figura 3.02 Residui simulazione 1

Figura 3.03 Residui simulazione 2

Figura 3.04 Campo di velocità nel piano di mezzeria, simulazione n°1 Figura 3.05 Campo di velocità nel piano di mezzeria, simulazione n°2 Figura 4.01 Scambi termici con l’ambiente

Figura 4.02 Relazioni nella fisiologia della sensibilità Figura 4.03 Sensori cutanei

Figura 4.04 Legge di Weber Figura 4.05 Frazione di Weber

Figura 4.06 Relazione psicofisica di Fechner Figura 4.07 Relazione di Stevens

Figura 4.08 Qualità sensoriali termiche

Figura 4.09 Coefficienti di sensibilità al caldo

Elenco delle figure

- VI - Figura 4.10 Coefficienti di sensibilità al freddo

Figura 4.11 Variazione della temperatura cutanea (Khenshalo)

Figura 4.12 Influenza della velocità di variazione della temperatura sulle soglie (Khenshalo)

Figura 4.13 Frequenza media di scarica in funzione della temperatura cutanea (Crawshaw)

Figura 4.14 Variazione del metabolismo basale in funzione dell’età e del sesso (Khogali, Hales)

Figura 4.15 Carta di DuBois

Figura 4.16 Variazione della temperatura corporea interna

Figura 4.17 Schema a blocchi della regolazione della temperatura nell’uomo Figura 4.18 Ciclo iterativo per il calcolo della t

Figura 5.01 Diagramma del benessere termico Figura 5.02 PPD

Figura 5.03 Limite di benessere per la t

in funzione dell’attività e dell’abbigliamento Figura 5.04 Zone confortevoli sul diagramma ASHRAE

Figura 5.05 Curva di Scharlau

Figura 5.06 Diagramma psicometrico

Figura 5.07 Modello Draught rating DR=15%, valido per attività sedentarie [1,2 met]

Figura 5.08 Percentuale insoddisfatti da asimmetria radiante

Figura 5.09 Altezze delle misurazioni previste, in metri, norme UNI (sinistra) e ASHRAE (destra)

Figura 5.10 Percentuale insoddisfatti da gradiente verticale di temperatura Figura 5.10 Percentuale insoddisfatti da pavimento troppo caldo o freddo Figura 6.01 Grafici per il calcolo dei fattori di vista

Figura 6.02 Grafici per il calcolo dei fattori di vista piano

Figura 6.03 Range ottimali ed accettabili di temperatura e velocità dell’aria, M costante

Figura 7.01 Particolare tetto Sky Dome Figura 7.02 Voto equilibrio globale Figura 7.03 Voto relativo alla raffica

Figura 7.04 Voto relativo al gradiente verticale

Elenco delle figure

- VII - Figura 7.05 Voto relativo al gradiente laterale

Figura 7.06 Dimensioni di abitacoli di varie tipologie di veicoli (F430, Cherokee, BMW130i)

Figura 7.07 Posizione dei punti di controllo

- VIII -

Elenco delle Tabelle

Tabella 2.01 Caratteristiche di qualità della mesh Tabella 2.02 Suddivisione manichino e abitacolo Tabella 2.03 Coordinate dei punti di controllo Tabella 2.04 Numero di Strouhal

Tabella 2.05 Portata e velocità delle bocchette in uscita Tabella 2.06 Valori di riferimento per il calcolo in FLUENT Tabella 3.01 Settaggio delle simulazioni non stazionarie

Tabella 3.02 Confronto tra dati stazionari e non stazionari della simulazione n°1 Tabella 3.03 Confronto tra valori medi di moduli di velocità e pressione statica Tabella 3.04 Confronto tra dati stazionari e non stazionari della simulazione n°2 Tabella 3.05 Confronto tra valori medi di moduli di velocità e pressione statica Tabella 3.06 Confronto tra valori medi di moduli di velocità e pressione statica Tabella 4.01 Esponenti di Stevens

Tabella 4.02 Numero di recettori per cm

(Stughold and Porz, Rein )

Tabella 4.03 Fattori ponderali per il calcolo della Temperatura della pelle (T

) (Crawshaw)

Tabella 4.04 Rendimento di alcune attività fisiche

Tabella 4.05 Metabolismo per alcune attività (UNI 8996)

Tabella 4.06 Resistenza termica di alcuni capi di abbigliamento (UNI 9920)

Elenco delle tabelle

- IX -

Tabella 4.07 Resistenza termica di alcune terminazioni di capi (UNI 9920) Tabella 4.08 esistenza termica di alcuni tipi di sedie (UNI 9920)

Tabella 5.01 Scala psicofisica adottata da Fanger

Tabella 5.02 Intervalli di variazione delle grandezze del PMV Tabella 5.03 Temperatura limite per lo stato di benessere Tabella 5.04 Condizioni definite dall’indice Scharlau Tabella 5.05 Condizioni definite dall’indice Thom Tabella 5.06 Stati definiti dall’indice THI

Tabella 5.07 Stati definiti dall’indice RSI

Tabella 5.08 Stati e condizioni definite dall’indice SSI Tabella 5.09 Gradi di stress definiti dall’indice H Tabella 5.10 Classi di T

Tabella 6.01 Grandezze coinvolte nel bilancio termico Tabella 6.02 Equazioni di conversione dell’umidità

Tabella 6.03 Intervalli di variazione dei parametri principali Tabella 6.04 Criteri di accettabilità di un ambiente termico Tabella 7.01 Importanza dello scarto quadratico medio Tabella 7.02 Voto equilibrio globale

Tabella 7.03 Peso delle varie zone del corpo per il DR Tabella 7.04 Voto relativo alla raffica

Tabella 7.05 Voto relativo al gradiente verticale Tabella 7.06 Voto relativo al gradiente laterale Tabella 7.07 Dimensioni abitacoli

Tabella 7.08 Posizioni di parti del corpo di individui di altezza differente

Tabella 7.09 Punti di controllo e grandezze da misurare

- X -

Lista dei simboli

±U Termine di Accumulo [W·m

]

∆t

Time Step Size [s]

ADU

Area di Du Bois [m

]

A

Superficie coinvolta nello scambio radiante [m

]

C Energia persa[W·m

]

c

Calore latente di vaporizzazione [cal/g]

Corr

Fattore correttivo resistenza vestiario

C

Calore specifico dell’aria a pressione costante [cal·°C·g

] C

Energia persa[W·m

]

C

Calore specifico dell’acqua a pressione costante [cal·°C·g

] D Dimensione caratteristica del corpo proiettata sul piano normale

alla corrente [m]

DI Indice di Thom

E Pressione del vapor dell’aria [Pa]

E

Energia persa[W·m

]

E

Energia persa[W·m

] ET* Temperatura effettiva [°C]

fc

Frequenza di campionamento [Hz]

f_cl

Rapporto tra la superficie dei vestiti e quella del corpo nudo

Lista dei simboli

- XI -

fs

Frequenza di Strouhal [Hz]

F

Fattore di vista della superficie i-esima

F

Fattore di vista tra un elemento piano e la superficie i-esima

h Altezza della persona [m]

H Indice Humidex

h

Conduttanza termica convettiva [W ·°C

·m

] H

Energia persa tramite la respirazione [W·m

]

IC Indice di convergenza

I

Resistenza termica dell’abbigliamento [m

·K·W

] o [clo]

IS Indice Scharlau

K Energia persa[W·m

]

L Dimensione caratteristica del corpo [m]

M Metabolismo energetico [W·m

] o [met]

m rapporto di mescolanza

P

Pressione parziale del vapore d’acqua [kPa]

PMV Voto medio previsto

PPD Percentuale prevista degli insoddisfatti

r Calore latente di vaporizzazione dell’acqua [cal·g

]

R Energia persa [W·m

]

Re Numero di Reynolds

RSI Indice di tensione relativa

S Energia persa[W·m

]

SD Deviazione standard della velocità dell’aria

SSI New summer sinner index

S

Numero di Strouhal

t

Temperatura dell’aria [°C]

T

Temperatura dell’aria [k]

t

Temperatura dei vestiti [°C]

t

Temperatura equivalente [°C]

THI Indice termoigrometrico

t

Temperatura operativa [°C]

t

Temperatura media radiante [°C]

Lista dei simboli

- XII - t

Temperatura piana radiante [°C]

t

Temperatura della cute [°C]

Tu Turbolenza

UR Umidità relativa

V Velocità del flusso in abitacolo [m·s

] v

Velocità dell’aria [m·s

]

W Peso della persona [kg]

W

Umidità relativa dell’aria espirata W

Lavoro esterno [W·m

]

W

Umidità relativa dell’ambiente

WS

Percentuale di pelle coperta dal sudore

Viscosità17,9·10

[Pa·s]

ρ

Densità dell’aria 1,225 [kg·m

]

φ

Intensità dello stimolo

Ψ

Intensità della sensazione