本文關(guān)鍵詞：基于內(nèi)外環(huán)境耦合的客機表面溫度的預(yù)測

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【摘要】：商用客機的巡航高度大約為一萬米左右,客艙外的溫度可低至-50℃左右,客艙內(nèi)維持在25℃左右。為了更好地評價艙內(nèi)環(huán)境的舒適性以及墻體的保溫性能,準確預(yù)測客艙表面溫度顯得尤為重要。影響客艙表面溫度的因素可分為內(nèi)部和外部兩大類。外部因素主要有飛行高度、飛行速度、太陽、天空和地面輻射、以及客艙外空氣與壁面之間的對流換熱等。內(nèi)部因素主要有客艙內(nèi)空氣與壁面之間的對流和艙內(nèi)空間的輻射換熱等。目前大部分的研究忽略艙內(nèi)外環(huán)境耦合,直接給定壁面溫度作為邊界條件進行計算,或者有的研究即使考慮到了內(nèi)外環(huán)境的耦合,但也只是簡單考慮了客艙外部環(huán)境的因素。本文以計算流體力學(xué)(CFD)為主要工具,建立了包含金屬蒙皮、保溫層、甲板以及艙內(nèi)空間為計算域的CFD模型。以飛機巡航時的情景為模擬對象,同時考慮太陽、地面和天空輻射以及艙外空氣對流等外部因素以及艙內(nèi)輻射和空氣對流等內(nèi)部因素,把采用加強壁面函數(shù)法的RNG k-ε湍流模型與S2S輻射模型耦合求解出飛機內(nèi)外表面溫度。本文設(shè)置了多個算例,分別比較飛機巡航高度、太陽輻射、送風口位置對客艙內(nèi)表面溫度的影響。為了驗證模擬的可靠性,在實驗室建立了一段飛機縮比模型,將其置于某高低溫濕熱低氣壓箱,來營造出高空低溫低壓的環(huán)境。應(yīng)用Pt100鉑電阻測試蒙皮外壁面、保溫層表面的溫度分布,用數(shù)字氣壓計監(jiān)測艙內(nèi)壓力變化。最后,將獲得的實驗數(shù)據(jù)與所建立的CFD模型模擬結(jié)果進行對比。研究的結(jié)果表明,RNG k-ε湍流模型與S2S輻射模型相耦合獲得的CFD模擬溫度分布與實驗測試的結(jié)果較吻合。通過算例的對比可以發(fā)現(xiàn),客艙內(nèi)外表面的溫度分布不十分均勻,這說明內(nèi)外環(huán)境耦合的建模方法的必要性。飛機巡航高度對機體外表面溫度的影響最大,其次是太陽輻射,而送風位置對飛機外表面溫度的影響幾乎可忽略。巡航高度對客艙內(nèi)表面的影響也比較大,但太陽輻射、送風位置等對客艙內(nèi)表面的溫度影響相對較小。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V271.1;V219

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