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大型客机座舱混合送风形式的数值模拟研究

作　者: 吴尘
导　师: 孙贺江；李建兴
学　校: 天津大学
专　业: 环境工程
关键词: 计算流体力学 热舒适 预测平均热感觉 空气加热
分类号: V223
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 8次
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内容摘要


当今社会，越来越多的人选择飞机作为他们的出行工具，这使得空乘人员对飞机的座舱环境越来越挑剔。飞机在巡航时通常处于低温、低湿和低压的极端环境下。这种环境下，飞机上的环控系统需要为乘客及工作人员提供健康及舒适的座舱环境。送风系统作为环控系统的重要组成部分之一，它的优劣十分重要。如何提高飞机的座舱空气环境成为近些年的研究重点。结合中国发展大型客机的需求，本文对大型客机座舱混合送风形式进行了研究。包括飞机上现行的座舱两侧壁行李架附近开有送风口的两风口混合送风形式，座舱顶部及行李架附近均开风口的三风口混合送风形式，和本文提出的座舱侧壁顶部及行李架附近均开风口的四风口混合送风形式。本文首先利用真实MD82飞机实验平台的气流实验数据对非定常重整化群双方程湍流模型RNG k-ε在模拟座舱气流组织的适用性进行了验证，然后针对某型客机模拟舱，分别设计了上述两风口、三风口及四风口三种混合送风形式。用验证后的CFD模型结合正交试验法对三种混合送风形式分别进行了送风参数的优化，并依据座舱环境设计标准得到了每种混合送风形式的最佳送风参数。为分析比较三种混合送风形式的优劣，本文一方面比较了寒冷冬天飞机起飞前，送风形式对飞机加热的影响，另一方面对飞机巡航时，不同的混合送风形式对人体热舒适的影响进行了分析比较。研究用座舱内的垂直温差及加热时间评价了它们在冬天地面加热工况的表现，并用空气速度、温度、预测平均热感觉PMV、吹风感DR这些热舒适指标评价了它们在飞机巡航时人体的热舒适状况。研究结果表明：非定常RNG k-ε湍流模型能够合理地预测客机座舱内的空气流动和温度分布，可用来进行客机座舱送风形式的研究。正交试验大大减少了试验量，如四风口混合送风形式的优化，工作量可降低92.6%，正交试验法结合CFD数值模拟法是进行大型客机座舱内气流组织优化的有利方法，可为我国大型客机的优化设计提供参考和依据。在冬天地面加热工况下，三风口的混合送风形式加热速度快，时间短且营造的舱内垂直温差小，是三种混合送风形式中最优的，其次是四风口形式，两风口形式末之。在巡航工况时，四风口混合送风形式能够营造最舒适的热环境，预测平均热感觉PMV最接近0及吹风感DR值最低，其次是两风口混合送风形式，三风口混合送风形式末之。因此综合这两种工况，四风口混合送风形式最优，推荐在飞机上使用。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 引言  8-12
    1.1.1 航空背景  8-9
    1.1.2 座舱送风形式研究的重要性  9-12
  1.2 座舱送风形式的研究现状  12-14
    1.2.1 国外研究现状  12-14
    1.2.2 国内研究现状  14
  1.3 本课题主要研究内容  14-16
第二章 研究方法介绍  16-30
  2.1 研究方法概述  16-17
    2.1.1 实验方法  16
    2.1.2 数值方法  16-17
  2.2 CFD 软件简介  17-20
    2.2.1 CFD 的原理及求解过程  17-18
    2.2.2 CFD 软件的组成  18-19
    2.2.3 Fluent 软件特点简介  19-20
  2.3 湍流模型的选择  20-25
    2.3.1 RANS 模型  20-24
    2.3.2 大涡模拟  24-25
    2.3.3 直接数值模拟  25
  2.4 物理模型的建立  25-27
  2.5 数学模型的建立  27-28
    2.5.1 控制方程  27
    2.5.2 单值性条件  27-28
  2.6 小结  28-30
第三章 CFD 模型的验证  30-38
  3.1 实验简介  30-33
    3.1.1 实验平台  30-31
    3.1.2 实验测量  31-33
  3.2 数值模拟与实验对比  33-36
    3.2.1 气流流场的分布情况验证  33-34
    3.2.2 气流速度值的验证  34-35
    3.2.3 气流温度值的验证  35-36
  3.3 小结  36-38
第四章 基于正交试验法的座舱内气流组织的优化  38-48
  4.1 座舱模型  38-39
  4.2 试验指标  39-41
  4.3 正交试验安排及结果分析  41-47
    4.3.1 两风口混合送风形式  41-43
    4.3.2 三风口混合送风形式  43-45
    4.3.3 四风口混合送风形式  45-47
  4.4 小结  47-48
第五章 地面冷天加热及巡航热舒适分析  48-67
  5.1 冷天地面加热工况  48-54
    5.1.1 模型及边界条件  48-49
    5.1.2 结果分析  49-54
  5.2 巡航工况下的热舒适分析  54-65
    5.2.1 热舒适方程  54-56
    5.2.2 结果分析  56-65
  5.3 小结  65-67
第六章 结论与展望  67-69
  6.1 结论  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-74
发表论文和参加科研情况说明  74-75
致谢  75

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 飞机构造与设计 > 机身、座舱
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