飞机除冰液加热的异型管优化设计

发布时间：2023-09-14 01:53

　　飞机地面除冰加热系统是一种维护民机冬季安全飞行的重要设备。整个系统的工作效率主要受到其主要加热元件(加热管)性能的影响。为了实现除冰液的高效加热,本文采用扩展表面增强扰流的方法,提出一种新的异型管—双螺旋梯形槽管。引入NCGA和NSGA-II算法对其结构参数优化设计,分析管内流动和传热特性,以提高加热效率。新异型管在普通圆管基础上进行变形设计,增添了一种双螺旋梯形槽,该梯形槽的重要结构参数主要包括上底宽m、槽深h和底角?。优化目标选择努塞尔数Nu和综合评价指标PEC的极大值以及流阻系数f的极小值。应用最优拉丁超立方算法对异型管结构参数实行试验设计,从而得到20组试验点。分别对各组试验点进行建模、网格划分和仿真计算,拟合试验结果得到多项式响应面近似模型。采用三维响应面和灵敏度方法,分析近似模型参数变化对Nu、f和PEC的影响。针对异型管结构参数的近似模型,采用较为成熟的NCGA和NSGA-II算法对结构参数进行多目标优化。比较两种算法得到的pareto前沿,进而获得结构参数的最优解范围。当雷诺数Re取3000²0000时,管内为湍流状态,进而分析Nu、f和PEC随R...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 强化传热技术及理论
        1.2.1 强化传热技术概述
        1.2.2 计算流体力学在结构参数优化的应用
        1.2.3 加热元件结构参数优化方法
    1.3 本文的研究内容和章节安排
第二章 双螺旋梯形槽管的结构设计
    2.1 异型管概念设计
    2.2 建立双螺旋梯形槽管模型
    2.3 理论方法
        2.3.1 控制方程
        2.3.2 湍流计算模型选择
        2.3.3 数值模拟的假设
        2.3.4 仿真平台
    2.4 边界条件及求解器设置
    2.5 管内流体及材料物性参数选择
    2.6 网格划分及无关性
    2.7 数值模拟可靠性验证
    2.8 本章小结
第三章 近似模型的建立与分析
    3.1 设计变量
    3.2 评价指标
    3.3 优化流程
    3.4 试验点选取
    3.5 响应面近似模型的求解
        3.5.1 建立近似模型的流程
        3.5.2 近似模型的选取
        3.5.3 构建响应面近似模型
    3.6 三维响应面分析
        3.6.1 多变量对Nu的影响分析
        3.6.2 多变量对f的影响分析
        3.6.3 多变量对PEC的影响分析
    3.7 灵敏度分析
        3.7.1 设计变量对Nu的灵敏度影响
        3.7.2 设计变量对f的灵敏度影响
        3.7.3 设计变量对PEC的灵敏度影响
    3.8 本章小结
第四章 异型管结构参数多目标优化
    4.1 优化流程设置
        4.1.1 优化算法的选择
        4.1.2 多目标优化的求解设置
        4.1.3 最优解组合
    4.2 pareto最优解集分析
    4.3 优化后异型加热管传热性能及流阻分析
        4.3.1 不同雷诺数对努塞尔数的影响
        4.3.2 不同雷诺数对流阻系数的影响
        4.3.3 不同雷诺数对综合评价指标的影响
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
附录A
附录B
作者简介
致谢



本文编号：3846322