曹祎　屠毅

【摘 要】以STAR-CCM+軟件為計(jì)算平臺(tái)，本文對(duì)某民用客機(jī)混合腔構(gòu)型的混合性能、壓降及溫度損失進(jìn)行研究。結(jié)果表明，空氣通過混合腔產(chǎn)生的最大壓降小于設(shè)計(jì)要求的最大壓降值1mbar，空氣通過混合腔本體產(chǎn)生的溫度損失為0.55K，滿足設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】混合腔；壓降；溫度損失

0 引言

民用客機(jī)空氣分配系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將一定流量、溫度和壓力的空調(diào)供氣，通過低壓管路輸送至飛機(jī)客艙及駕駛艙區(qū)域，以滿足座艙通風(fēng)、增壓和溫度調(diào)節(jié)的要求?；旌锨蛔鳛轱w機(jī)空氣分配系統(tǒng)中的重要部件，主要功能是將制冷組件的新鮮空氣與再循環(huán)空氣充分混合后供往飛機(jī)的各個(gè)艙區(qū)[1]。衡量混合腔設(shè)計(jì)優(yōu)劣的主要指標(biāo)包括：冷熱空氣混合的均勻度、空氣流經(jīng)混合腔所產(chǎn)生的壓降及溫度損失。為保證飛機(jī)具有較高的經(jīng)濟(jì)性，要求進(jìn)入混合腔的空氣充分混合的同時(shí)，產(chǎn)生的壓降和溫度損失均能符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

本文以民用客機(jī)混合腔為研究對(duì)象，采用STAR-CCM+軟件對(duì)混合腔內(nèi)的流場及溫度場進(jìn)行研究，分析此混合腔構(gòu)型的混合性能、壓降及溫度損失，驗(yàn)證混合腔的設(shè)計(jì)是否滿足需求。

1 工作原理與設(shè)計(jì)需求

1.1 工作原理

混合腔的入口為制冷組件接口和再循環(huán)系統(tǒng)接口，氣源為來自制冷組件的新鮮空氣與來自客艙的再循環(huán)空氣。空氣通過混合腔后，經(jīng)分配管路輸送至飛機(jī)客艙及駕駛艙區(qū)域，客艙以再循環(huán)艙為界分為前、后兩個(gè)艙室，個(gè)人通風(fēng)為單獨(dú)送風(fēng)，因此混合腔出口包括與前客艙接口、與后客艙接口、與個(gè)人通風(fēng)接口及與駕駛艙接口。由于客艙供氣量較大，為便于對(duì)客艙供氣流量進(jìn)行分配，混合腔所有進(jìn)出口除與駕駛艙接口外，均設(shè)置為左右側(cè)各一個(gè)?；旌锨还灿?jì)4個(gè)入口，7個(gè)出口，具體設(shè)計(jì)外形如圖1所示。

1.2 設(shè)計(jì)需求

為保證空氣分配系統(tǒng)的性能，對(duì)混合腔的設(shè)計(jì)指標(biāo)提出了以下需求：

1）空氣從入口至混合腔出口整個(gè)混合階段產(chǎn)生的最大壓降小于1mbar；

2）空氣從混合腔預(yù)混段出口至混合腔出口產(chǎn)生的最大溫降小于1℃。

2 仿真計(jì)算

2.1 網(wǎng)格劃分

采用多面體網(wǎng)格劃分法劃分模型，邊界層設(shè)置為3層，對(duì)內(nèi)部孔板、擋板等局部細(xì)節(jié)區(qū)域進(jìn)行加密處理，模型的網(wǎng)格劃分如圖2所示。

2.2 邊界條件

（1）混合腔入口設(shè)置為質(zhì)量流量入口。每個(gè)制冷組件供氣入口流量為0.45kg/s，溫度為0.9℃；每個(gè)再循環(huán)供氣入口流量為0.297kg/s，溫度為29℃。

（2）考慮地面狀態(tài)，混合腔出口設(shè)置為壓力出口，壓力值為101325Pa。

（3）混合腔本體設(shè)置為對(duì)流邊界，依據(jù)混合腔外部隔熱層材料和厚度，計(jì)算得到等效傳熱系數(shù)值為2.815W/m2·K[2]。

2.3 仿真結(jié)果及分析

2.3.1 混合腔流場分析

2.3.2 混合腔性能分析

混合腔的性能指標(biāo)主要包括空氣從入口至混合腔出口整個(gè)混合階段產(chǎn)生的壓力損失及空氣從混合腔預(yù)混段出口至混合腔出口產(chǎn)生的溫度損失，其中混合腔預(yù)混段為將來自制冷組件的空氣與再循環(huán)空氣進(jìn)行初步混合的裝置。本文通過評(píng)估混合腔進(jìn)出口間的壓力損失及預(yù)混段至出口處的溫度損失，對(duì)混合腔進(jìn)行性能分析?；旌锨桓魅肟谂c出口間的壓差值如圖4所示?；旌锨贿M(jìn)出口的溫度值如圖5所示。

由計(jì)算結(jié)果可知，空氣通過混合腔產(chǎn)生的最大壓降小于設(shè)計(jì)要求的最大壓降值1mbar，小于設(shè)計(jì)要求的最大壓降值1mbar?；旌锨活A(yù)混段出口平均溫度為283.02K，混合腔出口平均溫度為283.57K，空氣通過混合腔本體產(chǎn)生的溫度損失為0.55K，小于設(shè)計(jì)要求的最大溫度損失1℃。

3 結(jié)語

本文基于STAR-CCM+軟件，對(duì)某民用客機(jī)混合腔構(gòu)型的混合性能、壓降及溫度損失進(jìn)行研究?？諝馔ㄟ^混合腔產(chǎn)生的最大壓降為709.07Pa，空氣通過混合腔本體產(chǎn)生的溫度損失為0.55K，滿足設(shè)計(jì)要求，此研究為混合腔的設(shè)計(jì)提供了重要支持。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張存.基于CFD仿真的某大型客機(jī)混合腔設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2014（14）： 39-40.

[2]楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006：459-466.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]