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民机客舱内污染物传播规律的数值模拟研究

作　者: 穆小红
导　师: 王学德
学　校: 南京理工大学
专　业: 流体力学
关键词: 不同送风方式人体舒适度数值模拟颗粒污染物污染源追溯
分类号: V223.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

飞机客舱内的空气品质直接影响到乘客的舒适性和安全性,污染物在人员密集的客舱内传播会导致乘客的生命受到威胁。本文采用数值模拟的方法对客舱内污染物进行研究,能够较好的仿真出突发性颗粒污染物在客舱内的传播规律。本文以某型民机客舱为研究对象,通过计算流体力学(CFD, Computational Fluid Dynamics)方法建立客舱内环境研究的理论模型。在此基础上,对客舱内环境进行温度场、速度场、颗粒污染物正向传播和逆向追踪污染源方面的仿真计算,对比分析不同送风方式(天花板送风、地板送风、置换送风)、不同污染源位置对颗粒污染物传播规律的影响。首先,研究了客舱内三种送风方式的优缺点。经过客舱热载荷的计算,选取不同的进风速度、温度,为每种送风方式提供4种工况。数值仿真客舱内的热环境,通过对比分析不同工况下客舱内的温度场、速度场,选取三种送风方式下的最优工况来满足人体对舒适度的要求,总结分析最优工况下三种送风方式的特性。其次,研究了客舱内颗粒污染物的正向传播规律。数值模拟颗粒污染物在三种送风方式的最优工况下传播的规律,选取受气流影响较小的两个位置分别作为单一突发性颗粒污染源,此时颗粒物在座舱内停留的时间相对较长,便于分析其在客舱内的浓度变化和传播范围。观察不同时刻的污染物浓度分布,确定受到污染物威胁的最大乘客数。总结不同的送风方式在减少污染物传播范围、缩短传播时间等方面的特性。最后,研究了追溯客舱内颗粒污染源位置的方法及应用。在颗粒物正向模拟结果的基础上,确定不同送风方式下不同的颗粒反向初始时刻及浓度分布。通过反向颗粒污染物受到的主要作用力,使颗粒物在客舱内进行逆向传播。观察颗粒的反向轨迹与正向轨迹,确定追溯到的污染源位置,对比研究三种送风方式在准确定位污染源方面的优缺点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
图表清单  10-12
注释表  12-13
1 绪论  13-19
  1.1 研究背景与意义  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-18
    1.2.1 民机客舱内空气品质的研究  14-15
    1.2.2 民航客舱内通风方式的研究  15-16
    1.2.3 民机客舱内污染物正向传播的研究  16-17
    1.2.4 民机客舱内污染源反问题的研究  17-18
  1.3 本文主要工作  18-19
2 理论研究  19-27
  2.1 飞机环境控制原理  19
  2.2 飞机环境控制系统中气流的组织方式  19-20
  2.3 客舱热荷载计算方法  20-22
  2.4 数值计算方法  22-27
    2.4.1 湍流模型的选择  23-24
    2.4.2 离散相模型  24-27
3 客舱内热环境的数值模拟  27-41
  3.1 客舱的物理模型  27-28
  3.2 客舱网格的生成  28-29
  3.3 三种送风方式的工况  29-30
  3.4 三种送风方式最优工况的选取  30-38
    3.4.1 人体舒适度研究  30-32
    3.4.2 天花板系统送风最优工况的选取  32-34
    3.4.3 地板送风最优工况的选取  34-36
    3.4.4 置换送风最优工况的选取  36-38
  3.5 三种送风方式的优缺点分析  38-39
  3.6 本章小结  39-41
4 颗粒污染物正向传播的数值仿真  41-52
  4.1 天花板送风系统下颗粒污染物的传播规律  41-44
  4.2 地板送风系统下颗粒污染物的传播规律  44-46
  4.3 置换送风系统下颗粒污染物的传播规律  46-47
  4.4 对比分析三种送风系统下颗粒污染物的传播规律  47-50
    4.4.1 三种送风系统下颗粒污染物的浓度对比  47-48
    4.4.2 三种送风系统下颗粒污染物的剩余颗粒数对比  48-49
    4.4.3 三种送风系统下颗粒污染物的传播范围对比  49-50
  4.5 本章小结  50-52
5 颗粒污染物逆向追溯的数值模拟  52-66
  5.1 验证UDF的有效性  52-53
  5.2 反向初始时刻的选取  53-54
  5.3 三种送风方式追溯污染源结果的对比  54-55
  5.4 天花板送风污染物的正、逆向运动轨迹对比  55-58
    5.4.1 靠舱壁位置的乘客为污染源  56-57
    5.4.2 中间乘客为污染源  57-58
  5.5 地板送风颗粒物的正、逆向运动轨迹对比  58-61
    5.5.1 靠舱壁位置的乘客为污染源  59-60
    5.5.2 中间乘客为污染源  60-61
  5.6 置换送风颗粒物的正、逆向运动轨迹对比  61-64
    5.6.1 靠舱壁位置的乘客为污染源  61-62
    5.6.2 中间位置为污染源  62-64
  5.7 本章小结  64-66
6 总结与展望  66-68
  6.1 本文总结  66-67
  6.2 工作展望  67-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况  69-70
参考文献  70-73

民机客舱内污染物传播规律的数值模拟研究

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