基于CFD的飞机客舱热舒适性和污染物浓度分布的数值模拟

应用CFD方法建立了Boeing 737头等客舱内环境和飞机管道的三维模型,对客舱内流场进行仿真分析,模拟分析了在不同送风速度时的温度场、速度场、污染物NO2的浓度场。以客舱内的空气分布特性指标(Air Diffusion Performance Index,ADPI)作为热舒适评价依据,以客舱内NO2的浓度反映客舱的空气质量,采集所需要的数据,通过Gaussian拟合曲线法,作出ADPI、客舱内NO2浓度与送风口速度的函数关系,再建立一个综合评价热舒适性和NO2浓度分布的目标函数,最后求出目标函数取最大值时候的送风速度,这个速度可以为实际桥载空调控制中送风速度的选取提供参考。     

空调送风速度对客舱环境影响的模拟及优化

客舱内的热舒适性和空气品质对乘客的健康和舒适有重要的影响,采用计算机流体力学(CFD)技术建立A320头等舱内环境的三维模型,对夏季工况下的客舱内流场进行仿真,分析桥载空调不同的送风速度对客舱CO₂浓度场、空气龄以及热舒适性的影响。以CO₂浓度和空气龄反映客舱内空气品质,PMV-PPD作为客舱内热舒适评价依据。通过构建最优函数,得到CO₂浓度、空气龄和PMV-PPD与送风速度的函数关系,得到最优的送风速度,为桥载空调的控制及调节提供参考。     

基于SET指标与区域划分的地面空调送风优化

针对飞机地面空调恒速送风时,所造成客舱热舒适性不佳的问题。构建了Boeing737飞机客舱的CFD仿真模型,验证了所建立的模型的合理性。基于合理的客舱模型,考虑太阳辐射传热的情况下,模拟了客舱内的温度场、风速场,根据客舱内各区域干球温度的差异,对客舱进行区域划分,以标准有效温度(SET)作为客舱热舒适性的评价指标,模拟地面空调不同送风速度下,客舱各区域热舒适性的变化,得出优化后的地面送风区间为[2.0,3.0]m/s满足客舱热舒适性要求。该研究结果为地面空调的送风控制、客舱热舒适性研究和能源节约提供理论依据。     

清除飞机客舱引气污染物的空调三角波送风方法

针对目前飞机客舱空调采用恒值信号送风对引气污染物排出舱外效果不理想的问题，提出了一种飞机客舱三角波信号送风方式。建立了Boeing 737客舱仿真模型，并验证了客舱模型的可靠性。以NO₂作为引气污染物，模拟了客舱空调采用三角波信号送风和恒值信号送风时不同时刻的湍流强度，使用无量纲标准化污染物浓度来评估不同工况下的排污能力，并结合由吹风感引起的乘客不满意率DR,得出最佳的送风工况。结果表明：三角波信号送风降低了客舱内NO₂质量分数，混合送风方式下排污效率最高。     

基于ADPI和吹风感指数的客舱热舒适性模拟优化

为了研究不同送风速度对飞机客舱热舒适性的影响,采用计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)技术建立波音737经济舱的仿真模型,对制冷工况下客舱流场内风速场、温度场进行仿真模拟。选取空气分布特性指标ADPI(Air Diffusion Performance Index)以及吹风感指数DR(Draft Rate)作为评价指标,并在传统指标基础上加入对人员分布密度OD(Occupied Density)的考虑。根据采样点数据,通过数据拟合得到送风速度与ADPI_OD、DR_OD之间的曲线关系,求解得最优送风速度,从而使桥载空调的控制更高效节能。     

飞机座舱内空气品质计算

为改善飞机座舱的空气分配系统,在某型飞机的一段客舱物理模型里,设计了天花板送风与行李架侧壁送风(可考虑或不考虑个人通风口送风)两种主要供气方案。使用雷诺平均Navier-Stokes方程下的k-ε湍流模型和增强壁面函数法来模拟舱内湍流流场,并分别计算空气的速度场和温度场分布,以及CO2浓度分布情况。通过对参数的分析比较,提出天花板送风方案配合个人通风口送风的使用可以提供较好的舱内空气品质,计算结果为座舱环控系统的优化设计提供一定的理论依据。     

地面空调送风工况下改舱客机热舒适性数值模拟

改舱客机通过减小座椅排距增加客舱座位数,为航空公司带来经济效益,但座椅排距的改变使原有的地面空调送风方式已不适用于改舱客机,容易导致客舱内的热舒适性不佳。针对此问题建立了改舱后的波音737客舱仿真模型,并通过实验舱验证了仿真模型的准确性。基于合理的改舱模型,模拟分析了客舱内的温度场、风速场,考虑到改舱导致的客舱内部流场分布不均匀的问题,提出以预测平均投票(Predicted Mean Vote,PMV)和吹风感指数(Draft Rate,DR)作为热舒适性评价指标,构建评价函数综合评价改舱后的热舒适性,求解得出满足热舒适性要求的改舱客机最佳送风速度。该方法为改舱客机的热舒适性控制提供参考。     

基于加权PMV和EQT的改舱客机地面空调最佳送风温度

为改善飞机地面空调恒定温度送风所造成的改舱客机舱内乘客热舒适性不佳的问题,建立了改舱后的Boeing 737客舱模型,并通过实验舱对仿真模型进行了试验验证,证明了此模型的合理有效性。在此改舱模型的基础上,运用CFD技术,模拟仿真出地面空调不同送风温度下,改舱客机的风速场与温度场,且针对改舱客机空调送风口与乘客座位距离不一致的特点,采用修正后的加权PMV评价客舱内的整体热舒适性,再结合EQT指标进一步研究每位乘客的局部热舒适性,最终得出满足热舒适性的最佳送风温度区间,为地面空调的合理送风提供理论依据。     

空调列车室内三维紊流流场和温度场数值模拟

基于计算流体动力学对某列车车厢内部的速度场与温度场的分布进行了数值模拟。采用稳态不可压缩雷诺平均N-S方程,紊流模型选择两方程模型,应用有限体积法计算了车厢内气固耦合传热问题。研究了送风方式和送风速度对空调列车室内流场的影响,以及送风温度对列车室内温度场的影响,为空调列车室内气流组织优化设计及舒适性研究提供依据。     

驾驶舱热舒适性与空调经济性分析研究

随着生活品质的提高,人们对汽车性能的要求也越来越高,驾驶舱内热舒适性与汽车安全性、经济性等各方面性能都有密切关系,而空调送风参数是直接影响驾驶舱内热环境和空调能耗的重要因素。本研究以某种带有座椅通风功能空调系统的货车驾驶舱模型为例,针对夏季炎热环境,考虑太阳辐射和驾驶舱各部位的热传导、热对流和热辐射,利用算流体力学(CFD)的方法对空调出风口不同出风口送风温度和送风速度情况下的驾驶舱内流场进行了研究,采用热舒适性偏差和空调制冷量Q为评价指标,分别对热舒适性和经济性进行评价,探究汽车空调不同工作状态时这两种性能的变化规律。数值模拟结果表明,人体热舒适性和空调经济性随送风温度和送风速度的改变呈规律性变化,汽车空调送风的高温、高速工况和低温、低速工况可使人体达到相同舒适性水平,但在获得相同水平热舒适性时,高温、高速工况较之低温、低速工况具有更好的经济性。     

基于人体热舒适性的某雷达方舱空调系统设计

雷达方舱内电子设备多,且具有内部结构异常、空间狭小、相对密闭等特点。若人体热舒适性欠佳,长时间处于其中的人员就会感觉疲劳,精神恍惚,心情烦躁等,人员操作的可靠性就会降低。空调系统是方舱内环控的主要设备。文中在确定空调选型的前提下,从人体热舒适性出发,着重考虑送风风道出风口的风速和风道风阻,应用数值模拟与现场试验测试相结合的方法,确定风道形式及其布局以及出风口数量。结果表明,应用该方法,方舱内温度分布均匀,出风口风速合理,热舒适性得到了明显改善。     

APU冷却通风系统温度测量与分析

通过加装在辅助动力装置（APU）舱内和APU附件表面的温度传感器对舱温和附件表面温度测量,研究了一个典型的飞行剖面各温度变化情况。测试数据分析表明,舱内测点的最高温度值都是出现在地面利用APU启动主发时。当APU存在电负载和气负载时,环境温度和附件表面温度比不带负载会有5℃左右的上升。另外,较小的飞行速度对APU舱的冷却通风是有利的,但随着速度的继续增大,冷却通风效果变差。     

3种置换通风方式下舱室内流场数值分析

针对置换通风方式下舱室内流场分布情况,采用RNG k-ε涡粘性湍流数学模型,建立了常用的3种不同置换通风方式下的舱室分析模型,对舱室内速度场、温度场及污染物浓度分布情况进行了数值分析。根据《乘用车内空气质量评价指南GB/T 27630—2011》中的评价方法,对3种通风方式进行了对比分析。结果表明:前进后出置换通风方式能够有效降低舱室内工作区域CO2浓度,温度调节能力强,且温度变化梯度小,可使舱室内工作区域得到品质较高的空气分布、较好的热舒适度和较高的通风效率。该种置换通风方式可用于舱室内空调通风系统的设计。     

Experimental study on occupant’s thermal responses under the non-uniform conditions in vehicle cabin during the heating period

The existing investigations on thermal comfort mostly focus on the thermal environment conditions, especially of the air-flow field and the temperature distributions in vehicle cabin. Less attention appears to direct to the thermal comfort or thermal sensation of occupants, even to the relationship between thermal conditions and thermal sensation. In this paper, a series of experiments were designed and conducted for understanding the non-uniform conditions and the occupant＇s thermal responses in vehicle cabin during the heating period. To accurately assess the transient temperature distribution in cabin in common daily condition, the air temperature at a number of positions is measured in a full size vehicle cabin under natural winter environment in South China by using a discrete thermocouples network. The occupant body is divided into nine segments, the skin temperature at each segment and the occupant＇s local thermal sensation at the head, body, upper limb and lower limb are monitored continuously. The skin temperature is observed by using a discrete thermocouples network, and the local thermal sensation is evaluated by using a seven-point thermal comfort survey questionnaire proposed by American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc（ASHRAE） Standard. The relationship between the skin temperature and the thermal sensation is discussed and regressed by statistics method. The results show that the interior air temperature is highly non-uniform over the vehicle cabin. The locations where the occupants sit have a significant effect on the occupant＇s thermal responses, including the skin temperature and the thermal sensation. The skin temperaWa-e and thermal sensation are quite different between body segments due to the effect of non-uniform conditions, clothing resistance, and the human thermal regulating system. A quantitative relationship between the thermal sensation and the skin temperature at each body segment of occupant in real life traffic is presented. The investigation result indicates that the skin temperature is a robust index to evaluate the thermal sensation. Applying the skin temperature to designing and controlling parameters of the heating, ventilation and air conditioning（HVAC） system may benefit the thermal comfort and reducing energy consumption.     

基于Isight平台的房车空调送风参数优化

为了提高房车空调夏季降温效果，对房车空调的送风温度、速度、角度进行优化研究。利用CFD方法对房车内流场进行数值模拟。应用k-e RNG湍流模型，合理的设置热力学边界条件，并引入太阳辐射模型。以Isight软件为优化平台集成Fluent软件搭建房车夏季降温多目标优化设计流程。通过最优拉丁超立方试验设计方法设计样本点，采用径向基函数神经网络建立近似模型，并结合NCGA遗传算法对不同送风参数进行多目标优化。在Pareto最优解集中选取最优折衷解，并通过CFD仿真和房车静态温度实验对比验证。结果表明：建立的近似模型能很好取代内流场仿真进行多目标优化，优化后的结果使房车内部能够获得更好的气流组织形式，温度场、速度场更加合理。