基于内外环境耦合的客机表面温度的预测

发布时间：2017-11-04 11:09

  本文关键词：基于内外环境耦合的客机表面温度的预测

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【摘要】：商用客机的巡航高度大约为一万米左右,客舱外的温度可低至-50℃左右,客舱内维持在25℃左右。为了更好地评价舱内环境的舒适性以及墙体的保温性能,准确预测客舱表面温度显得尤为重要。影响客舱表面温度的因素可分为内部和外部两大类。外部因素主要有飞行高度、飞行速度、太阳、天空和地面辐射、以及客舱外空气与壁面之间的对流换热等。内部因素主要有客舱内空气与壁面之间的对流和舱内空间的辐射换热等。目前大部分的研究忽略舱内外环境耦合,直接给定壁面温度作为边界条件进行计算,或者有的研究即使考虑到了内外环境的耦合,但也只是简单考虑了客舱外部环境的因素。本文以计算流体力学(CFD)为主要工具,建立了包含金属蒙皮、保温层、甲板以及舱内空间为计算域的CFD模型。以飞机巡航时的情景为模拟对象,同时考虑太阳、地面和天空辐射以及舱外空气对流等外部因素以及舱内辐射和空气对流等内部因素,把采用加强壁面函数法的RNG k-ε湍流模型与S2S辐射模型耦合求解出飞机内外表面温度。本文设置了多个算例,分别比较飞机巡航高度、太阳辐射、送风口位置对客舱内表面温度的影响。为了验证模拟的可靠性,在实验室建立了一段飞机缩比模型,将其置于某高低温湿热低气压箱,来营造出高空低温低压的环境。应用Pt100铂电阻测试蒙皮外壁面、保温层表面的温度分布,用数字气压计监测舱内压力变化。最后,将获得的实验数据与所建立的CFD模型模拟结果进行对比。研究的结果表明,RNG k-ε湍流模型与S2S辐射模型相耦合获得的CFD模拟温度分布与实验测试的结果较吻合。通过算例的对比可以发现,客舱内外表面的温度分布不十分均匀,这说明内外环境耦合的建模方法的必要性。飞机巡航高度对机体外表面温度的影响最大,其次是太阳辐射,而送风位置对飞机外表面温度的影响几乎可忽略。巡航高度对客舱内表面的影响也比较大,但太阳辐射、送风位置等对客舱内表面的温度影响相对较小。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V271.1;V219

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