大型客機座艙氣流組織的模擬與逆向設計.pdf

1、如今，越來越多的人乘飛機旅行。許多研究表明，空中旅行的不舒適以及感染的危險與客艙環(huán)境息息相關。在商用客機中，舒適和健康的客艙環(huán)境是由氣流組織分布創(chuàng)建的。因此，這項研究的目的是研究客機座艙中氣流組織的分布并進行進一步的設計，以確保安全的、健康的和舒適的客艙環(huán)境。為了實現(xiàn)上述目標，本研究進行了以下的研究：
　　1）這項研究在MD-82真實客機的頭等艙中通過實驗測量研究了空艙和滿員情況下機艙內的氣流組織分布，并且進行了對比。本研究采用加

2、熱的人體模型模擬乘客。實驗應用超聲波風速儀（UA）和熱電偶分別測量三維空氣速度場和溫度場。采用實驗測量的速度場、溫度場以及相應的送風口和壁面的邊界條件，這項研究評價驗證了三種湍流模型。
　　2）采用驗證的湍流模型，這項研究開發(fā)了基于計算流體力學（CFD）的伴隨方法，用于封閉環(huán)境的逆向設計。該方法可以逆向確定送風口的位置、大小和送風參數(shù)。設計目標可以是局部的氣流組織。本研究將該方法在OpenFOAM中實現(xiàn)并且采用文獻中的實驗數(shù)據(jù)進行

3、了驗證；最終應用基于CFD的伴隨方法尋找客機座艙中最優(yōu)的送風口位置、大小和送風參數(shù)，以達到設計所要求的熱環(huán)境。
　　3）為了加快逆向設計速度，本研究采用快速計算流體力學（FFD）求解納維斯托克斯（NS）方程。這項研究在OpenFOAM中實現(xiàn)了FFD模型，使得FFD求解器適用于非結構化網(wǎng)格。由于FFD不能保證標量的守恒，本研究開發(fā)了用split scheme求解連續(xù)性方程和動量方程和iterative scheme求解標量方程的組合

4、算法。通過文獻中的實驗數(shù)據(jù)，本研究驗證了FFD的計算速度和精度。
　　主要結論：（1）實驗測量發(fā)現(xiàn)真實機艙中存在顯著的縱向流動。送風的湍動能從送風口到乘客區(qū)域快速衰減。加熱的人體模型產(chǎn)生的熱羽流對流場湍流度的影響較小。滿員的客艙中溫度場存在分層現(xiàn)象；（2）湍流模型中，LES和 DES能較為準確的預測流動，RNG k-ε模型的計算精度較差。由于LES和DES需要至少RNG k-ε模型20倍以上的計算時間，RNG k-ε模型最為適用；