韓梅　龔吉雯

【摘 要】以STAR-CCM+軟件為計算平臺，本文對某民用客機混合腔構(gòu)型的混合性能、壓降及溫度損失進行研究。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)計要求。

【關(guān)鍵詞】混合腔；壓降；溫度損失

0 引言

民用客機空氣分配系統(tǒng)主要負責(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。混合腔作為飛機空氣分配系統(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的各個艙區(qū)[1]。衡量混合腔設(shè)計優(yōu)劣的主要指標包括：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。為保證飛機具有較高的經(jīng)濟性，要求進入混合腔的空氣充分混合的同時，產(chǎn)生的壓降和溫度損失均能符合設(shè)計預(yù)期。

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

1 工作原理與設(shè)計需求

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?？諝馔ㄟ^混合腔后，經(jīng)分配管路輸送至飛機客艙及駕駛艙區(qū)域，客艙以再循環(huán)艙為界分為前、后兩個艙室，個人通風(fēng)為單獨送風(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，為便于對客艙供氣流量進行分配，混合腔所有進出口除與駕駛艙接口外，均設(shè)置為左右側(cè)各一個?；旌锨还灿?個入口，7個出口，具體設(shè)計外形如圖1所示。

1.2 設(shè)計需求

為保證空氣分配系統(tǒng)的性能，對混合腔的設(shè)計指標提出了以下需求：

1）空氣從入口至混合腔出口整個混合階段產(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，對內(nèi)部孔板、擋板等局部細節(jié)區(qū)域進行加密處理，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。每個制冷組件供氣入口流量為0.45kg/s，溫度為0.9℃；每個再循環(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)置為對流邊界，依據(jù)混合腔外部隔熱層材料和厚度，計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

混合腔的性能指標主要包括空氣從入口至混合腔出口整個混合階段產(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)空氣進行初步混合的裝置。本文通過評估混合腔進出口間的壓力損失及預(yù)混段至出口處的溫度損失，對混合腔進行性能分析?；旌锨桓魅肟谂c出口間的壓差值如圖4所示?；旌锨贿M出口的溫度值如圖5所示。

由計算結(jié)果可知，空氣通過混合腔產(chǎn)生的最大壓降小于設(shè)計要求的最大壓降值1mbar，小于設(shè)計要求的最大壓降值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)計要求的最大溫度損失1℃。

3 結(jié)語

本文基于STAR-CCM+軟件，對某民用客機混合腔構(gòu)型的混合性能、壓降及溫度損失進行研究。空氣通過混合腔產(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)計要求，此研究為混合腔的設(shè)計提供了重要支持。

【參考文獻】

[1]張存.基于CFD仿真的某大型客機混合腔設(shè)計[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]