军机燃油箱惰化流场的工程计算与数值模拟

发布时间：2017-09-17 01:17

  本文关键词：军机燃油箱惰化流场的工程计算与数值模拟

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【摘要】：飞机燃油箱的防火防爆一般采用机载制氮惰化系统(Onboard Inert Gas Generation System, OBIGGS)产生富氮气体(Nitrogen Enriched Air, NEA)控制气相氧浓度来实现,达到燃油箱惰化的目的。本文主要围绕洗涤惰化和冲洗惰化两种惰化方法进行两大部分研究,一是对某军机燃油箱洗涤惰化流场进行工程计算,二是对整个燃油箱惰化进行数值仿真模拟。首先,在查阅大量中外文献材料的基础上,通过将燃油洗涤惰化过程转变为液相洗涤和气相冲洗相结合的过程,建立了单舱油箱洗涤惰化模型。运用Delphi 7软件编写相关程序,编写了工程计算软件。将计算获得的单舱气相氧浓度变化数据分别与文献的实验数据和已有方法的计算数据进行对比,验证该方法的准确性和可行性。分析不同因素的影响规律,得出以下结论：气相空间初始氧体积分数越大,惰化时间越长；载油率越大,体积分数降得越快；洗涤效率(即喷口型号)不同,洗涤时间也将不同。其次,根据某军机各舱油箱实际的分布特点,对某军机多舱油箱建立洗涤惰化模型并进行工程计算。结果显示：军机油箱各舱气相氧浓度的变化情况与各舱距离进气口的远近、油箱的体积有关；洗涤效率影响多舱油箱的洗涤惰化。然后,使用计算流体方法(Computational Fluid Dynamics, CFD)对军机燃油箱惰化流场建立数值计算模型,实现对该油箱地面惰化的仿真计算。燃油中氧气的逸出量由工程计算得出,再编写自定义函数(User Defined Function,UDF)将氧逸出量按各舱体积比分配至气相空间中。对气相进行冲洗惰化计算,探究载油率和初始氧浓度对惰化流场的影响规律。结果表明：载油率越大,初始氧浓度越低,惰化时间越少。各舱之间氧浓度变化特性与油箱体积,各舱位置等因素相关。最后,在飞行包线下对某军机多舱油箱惰化全程进行模拟分析。根据燃油氧析出、燃油液面、气相压力的变化规律编写相应的UDF。比较不同阶段下氧浓度的变化情况以及探究载油率对燃油箱惰化全程的影响规律。结果表明：在爬升、巡航阶段各舱氧浓度均下降,且下降速率不同；俯冲阶段的氧浓度回升是因为外界气压的变化使得部分空气进入油箱气相空间。
【关键词】：军机油箱 洗涤惰化 冲洗惰化 工程计算 数值模拟
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V228.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 注释表13-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 研究背景及意义14-16
• 1.2 燃油箱惰化技术研究现状16-19
• 1.2.1 燃油箱冲洗惰化研究现状17-18
• 1.2.2 燃油箱洗涤惰化研究现状18-19
• 1.3 CFD仿真技术19-20
• 1.4 编程软件DELPHI20-21
• 1.5 本文主要内容21-22
• 2 燃油箱洗涤惰化工程计算研究22-29
• 2.1 参数定义22
• 2.2 洗涤惰化模型22-23
• 2.3 单舱油箱洗涤惰化计算方法23-25
• 2.3.1 燃油中氧逸出量计算23-25
• 2.3.2 气相空间惰化计算25
• 2.4 某军机多舱油箱洗涤惰化计算方法25-28
• 2.4.1 某军机多舱油箱的计算模型26
• 2.4.2 油箱内进、出气口及气体流动方向确定26-27
• 2.4.3 各舱氧体积分数的计算方法27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 军机油箱洗涤惰化的工程计算29-42
• 3.1 工程计算的应用程序开发29-35
• 3.1.1 Delphi 7应用及程序设计思路29
• 3.1.2 主界面设计及功能29-30
• 3.1.3 单舱油箱洗涤惰化30-32
• 3.1.4 军机多舱燃油箱洗涤惰化界面32-35
• 3.2 单舱燃油箱洗涤惰化验证和特性研究35-36
• 3.2.1 单舱燃油箱验证方法35
• 3.2.2 单舱燃油箱洗涤模型验证35-36
• 3.3 单舱燃油箱洗涤惰化的特性研究36-38
• 3.3.1 气相初始氧浓度对洗涤惰化的影响36-37
• 3.3.2 载油率对洗涤惰化的影响37
• 3.3.3 洗涤效率对洗涤惰化的影响37-38
• 3.4 军机多舱燃油箱洗涤惰化的工程计算38-41
• 3.4.1 多舱油箱的洗涤惰化研究38-39
• 3.4.2 洗涤效率对多舱油箱洗涤惰化的影响39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 军机燃油箱惰化流场的数值模拟研究42-56
• 4.1 数值模拟的基本假设及几何模型简化43
• 4.1.1 基本假设43
• 4.1.2 几何模型简化原则43
• 4.2 燃油惰化的数学计算模型43-46
• 4.2.1 基本控制方程44
• 4.2.2 组分质量守恒方程44-45
• 4.2.3 湍流模型方程45-46
• 4.3 惰化过程的计算方法46-48
• 4.3.1 数值离散格式的确定46-47
• 4.3.2 数值算法的确定47
• 4.3.3 边界条件的确定47-48
• 4.4 不同飞行阶段惰化流场的计算方法48-50
• 4.4.1 压力随飞行时间变化规律48-49
• 4.4.2 氧气逸出率随飞行时间变化规律49
• 4.4.3 油箱液面变化的影响49-50
• 4.5 网格生成50-52
• 4.6 燃油箱惰化过程的数值模拟52-55
• 4.7 本章小结55-56
• 5 某军机燃油箱惰化流场的数值计算56-70
• 5.1 地面惰化仿真计算56-61
• 5.1.1 初始氧浓度对惰化过程的影响56-59
• 5.1.2 载油率对惰化过程的影响59-61
• 5.2 飞行全程惰化计算61-63
• 5.2.1 飞行包线61-62
• 5.2.2 俯冲增压模式62-63
• 5.3 飞行全程惰化规律研究63-66
• 5.3.1 飞行包线下的仿真计算63-64
• 5.3.2 飞行包线下油箱内氧分布64-66
• 5.4 载油率对惰化全程的影响66-68
• 5.5 本章小结68-70
• 6 总结与展望70-72
• 6.1 全文总结70-71
• 6.2 工作展望71-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-74
• 参考文献74-77

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