旅客机机舱内空气环境的研究

论文摘要

目前的国际旅客机市场份额主要被美国的波音公司和欧洲的空中客车公司所垄断,随着我国经济实力的不断提高,自主研发大型旅客机的项目呼之欲出。在现有国际市场已投产的各种机型的背后研究工作中,对旅客机机舱内空气环境的研究已逐渐成为优化机舱内适于人体生命要求与节能减排的一个主要研究方向,并不断进行着研究方法的更新。本论文以满足人体舒适度为前提,通过供、排气系统的流速、压力边界设置及旅客作为热载荷的散热温度边界设定,计算使得模拟机舱内各处具有适于人体活动的空气流速、温度和压力范围。本文首先介绍了旅客机机舱内的空气分配情况,从旅客机机舱内空气介质的流动特性出发,解决研究旅客机机舱空气流场的数学模型、模拟方法、控制方程等计算流体力学的基本理论问题。为了模拟旅客机机舱环境,本文以波音737旅客机的旅客区内各主要尺寸为依据,在Pro/Engineer软件平台下进行建模,并以STEP格式导入Gambit,进行网格划分及边界类型的设定。然后在Fluent中利用CFD原理,进行流体力学的相关计算。其中涉及在旅客机机舱内只有进气口送气的强制通风作用下,以及人体散热与强制通风共同作用形成的热对流作用下,两种情况中舱内流动空气的速度场、温度场和压力场的分布情况。并最终使得旅客机机舱内空气场的分布情况满足人体在其内的正常活动及人体舒适度的要求。最后,指出旅客机机舱内人体热载荷的温度数值是通过实验对类似旅客机机舱的密闭舱室内人员进行身体各部位的温度数据采集得到的。温度的采集需应用基于LabWindows的虚拟仪器测试技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 旅客机机舱内空气流场的计算流体力学方法
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 旅客机机舱内空气流动的基本计算模型
• 2.1 引言
• 2.2 旅客机机舱内的空气分配
• 2.2.1 主通风的空气分配
• 2.2.2 个人通风的空气分配
• 2.3 旅客机机舱内空气流体的数学模拟
• 2.3.1 旅客机机舱内空气介质的基本特性
• 2.3.2 旅客机机舱内空气流动的数值模拟方法
• 2.3.3 旅客机机舱内空气的流体动力学控制方程
• 2.3.4 边界条件和初始条件概述
• 2.3.5 控制方程的离散化说明
• 2.4 本章小结
• 第3章 强制通风下旅客机舱内空气流场的数值研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于PRO/ENGINEER下的机舱建模
• 3.2.1 机舱内部各尺寸的确定
• 3.2.2 机舱的整体建模
• 3.3 机舱流场的网格生成
• 3.4 旅客机机舱内空气流场分析的关键断面及坐标的设定
• 3.5 强制通风下旅客机机舱内的空气流场计算
• 3.5.1 计算流场的边界条件数值确定和初始化设置
• 3.5.2 强制通风下的空气速度场计算
• 3.5.3 强制通风下的空气温度场计算
• 3.5.4 强制通风下的空气压力场计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 混合热对流下旅客机舱内空气流场的数值研究
• 4.1 引言
• 4.2 机舱内热对流的影响因素
• 4.3 混合热对流下旅客机机舱内的空气流场计算
• 4.3.1 混合热对流计算中边界条件的设定
• 4.3.2 混合热对流下的速度场计算
• 4.3.3 混合热对流下的空气温度场计算
• 4.3.4 混合热对流下的空气压力场计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 密闭舱室人体温度数据采集实验
• 5.1 引言
• 5.2 实验系统原理
• 5.3 实验室介绍
• 5.4 温度传感器的选取
• 5.4.1 热电偶相关参数
• 5.4.2 热电偶输入模块
• 5.5 计算机数据采集系统
• 5.5.1 采集卡的型号与安装设置
• 5.5.2 板卡的数据采集过程
• 5.6 温度采集软件设计
• 5.7 实验测得数据
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢