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大型商用客机舱内气流组织的研究

作　者: 李鹏辉
导　师: 张腾飞
学　校: 大连理工大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 座舱环境气流组织走廊通道地板送风个性化座椅送风通风效率
分类号: V211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前大型商用客机座舱多采用上送下回的混合送风系统,送风动量大且温度低,使得舱内空气高度混合,给呼吸道疾病传播创造了条件,直接影响乘客的舒适度和身体健康。尽管国内外许多学者在改善飞机座舱环境方面开展了大量的研究,但调查显示乘客与机组人员对当前客舱环境还不满意,座舱内空气疾病传播事件仍时有发生。为了改善客机座舱环境,给客舱设计健康、舒适、高效的通风系统显得尤为重要。本文以实验测试与计算流体力学(CFD)为工具,首先在一段飞机模拟舱内对当今客机的混合送风系统进行了研究,然后建造了将送风口布置于走廊通道的地板送风系统以及将送风口布置于座椅两侧扶手处的个性化送风系统,并应用CFD对个性化送风系统进行了优化设计。地板送风系统通过布置在走廊上的多孔地板风口将温度稍低的(约22℃)空气送入座舱,利用座舱内的热源加热空气后产生的热浮升力使空气缓慢上升,然后经座舱顶部的条形排风口排出。个性化座椅送风系统则以地板送风为基础,在每位乘客座椅两侧的扶手处布置长方形风口,将约25°C的新风直接送到乘客的呼吸区域。本文以波音767飞机为原型,按照1：1的比例在实验室内建造了一段具有7排座椅的模拟舱,模拟舱内部用35名简易的自制暖体模特假人来代替乘客。实验研究中利用一个三维的超声波速度温度测试仪测定座舱内气流场及温度的分布规律,并运用CO2为示踪气体通过测定其在客舱内的浓度分布来评估空气的混合程度以及通风效率。此外,还运用CFD (RNG k-ε模型)对座舱环境进行了模拟分析,并将模拟结果与实验数据进行比较。最后对个性化座椅送风口的送风方向、流量、加湿量,以及地板送风口的送风量等参数进行了优化。研究结果表明应用RNG k-ε湍流模型的CFD模拟获得了与实验数据较为一致的结果。使用混合送风系统的座舱内气流流速较大,座舱内的温度分布均匀,空气的混合程度高,因而通风效率低,不利于舱内污染物的有效去除。实验研究证实使用地板送风系统的座舱内,气流速度较低,空气交叉流动较小,可以有效地排除座舱内由乘客呼吸区域释放的污染物,因而通风效率较高。尽管地板送风系统存在温度分层现象,但若地板送风温度超过22°C,不会给乘客带来不舒适感。本文设计的个性化送风系统具有地板送风系统的优点,还能为乘客呼吸区域直接供给舱外洁净的新风,乘客呼吸区内的空气污染物浓度较混合送风系统降低至少30%,综合通风性能最佳。经过优化分析,个性化送风应与水平方向成20°-50°的夹角,合适的个性化送风量为每人3-4 L/s,在不同加湿量下乘客附近的相对湿度可提高至18%到30%,比较理想的地板送风量应不少于每人8L/s。

大型商用客机舱内气流组织的研究

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