基于通用简化模型的飞机环系统中颗粒物沉降量估算方法

摘要

本发明公开了一种基于通用简化模型的飞机环系统中颗粒物沉降量估算方法，首先以一架支线飞机的环控系统为原型，建立一飞机环控系统通用简化模型，该模型包括依次连接的环控系统入口管段、辅助动力系统、第一风管、空调包、第二风管、空气混合舱和空气分配器；空气分配器包括主管路，主管路上设置有多个与主管路贯通的支管，每个支管的末端均分别设有一空气散流器；然后，对模型进行划区，确定相关参数，最终计算飞机环控系统通用简化模型中各区域的颗粒物沉降量。本发明可以用于研究颗粒物在飞机环控系统中的沉降和穿透到机舱中的情况，为飞机环控系统的运行维护和舱内环境评估提供一种途径。

主权项

一种基于通用简化模型的飞机环系统中颗粒物沉降量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、以一架支线飞机的环控系统为原型，建立一飞机环控系统通用简化模型，该模型包括依次连接的环控系统入口管段(1)、辅助动力系统(2)、第一风管(3)、空调包(4)、第二风管(5)、空气混合舱(6)和空气分配器(7)；所述环控系统入口管段(1)为一段矩形截面的弯管；所述第一风管(3)是采用弯头连接的几段圆形截面管路构成，在所述第一风管(3)上设有用于与货仓通风支管连接的连接点(9)；所述第二风管(5)的两端均分别采用弯头与空调包(4)和空气混合舱(6)连接；所述空气混合舱(6)由两段不同直径的圆截面风管组成；所述空气分配器(7)包括主管路(71)，所述主管路(71)上、且沿主管路(71)的走向等间距地设置有多个与主管路(71)贯通的支管(72)，每个支管(72)与主管路(71)之间设有弯头，每个支管(72)的末端均分别设有一空气散流器(8)；步骤二、计算飞机环控系统通用简化模型中颗粒物沉降量，包括：2‑1、当飞机环控系统通用简化模型内表面粗糙小于0.15mm，则表面颗粒物沉降速度为v_d：式[1]中：v_d—颗粒物沉降速度，m/s；d_p—颗粒物粒径，μm；u^*—摩擦速度，m/s；θ—颗粒物沉降表面与水平面之间夹角，°；2‑2、当飞机环控系统通用简化模型内表面粗糙度大于或等于0.15mm，则表面颗粒物沉降速度为$\begin{array}{c}{v}_d^{+}=0.084{\mathrm{Sc}}^{-2/3}\\ +\frac{1}{2}{\left[\frac{{(0.64k^{+}+\frac{1}{2}{d}^{+})}^2+\frac{{\tau }_p^{+2}{g}^{+}{L}_1^{+}}{0.01085(1+{\tau }_p^{+2}{L}_1^{+}))}}{3.42+\left({\tau }_p^{+2}{g}^{+}{L}_1^{+}\right)/\left(0.01085\right(1+{\tau }_p^{+2}{L}_1^{+}))}\right]}^{1/1+\left({\tau }_p^{+2}{L}_1^{+}\right)}\\ \times [1+8e^{-{({\tau }_p^{+}-10)}^2/32}]\frac{0.037}{1-{\tau }_p^{+2}{L}_1^{+}(1+(g^{+}/0.037\left)\right)}\end{array};---\left[2\right]$式[2]中：—颗粒物无因次沉降速度；k⁺—无因次表面粗糙度；d⁺—无因次颗粒物粒径；—颗粒物无因次松弛时间；g⁺—无因次重力沉降速度；L⁺₁—无因次参数，$L_1^{+}=3.08/\left({\mathrm{Sd}}^{+}\right);$当取计算值，否则，2‑3、计算模型处于弯头部位的颗粒物穿透率P：$P=\exp \left(\frac{4.61+{\mathrm{a\theta }}^{,}St}{1+{\mathrm{b\theta }}^{,}St+{\mathrm{c\theta }}^{,}{\mathrm{St}}^2+{\mathrm{d\theta }}^{,2}St}\right)---\left[3\right]$式[3]中：P—颗粒物穿透率，％a—相关系数，a＝‑0.9526‑0.05686δ,b—相关系数，$b=\frac{-0.297-0.0174\delta }{1-0.07\delta +0.0171{\delta }^2},$c—相关系数，$c=-0.306+\frac{1.895}{{\delta }^{0.5}}-\frac{2}{\delta },$d—相关系数，$d=\frac{0.131+0.0132\delta +0.000383{\delta }^2}{1-0.129\delta +0.0136{\delta }^2},$θ’—弯头角度，radSt——斯托克斯数2‑4、飞机环控系统通用简化模型中颗粒物沉降量η为：η＝1‑∏P′            [4]式[4]中：η—飞机环境系统通用简化模型中颗粒物沉降量，％；P‘—飞机环控系统通用简化模型中各个区域的颗粒物穿透率，％，当模型处于弯头部位时P‘＝P，其他情况—颗粒物无因次沉降速度，d₀—模型中各区域的管径或水力直径，m；u_m—各区域的平均流速，m/s；L—模型中各区域的长度，m；步骤三、计算模型中各区域中不同粒径颗粒物的颗粒物沉降量，包括：3‑1、按照空气流向对步骤一建立的飞机环控系统通用简化模型进行区域划分，区域范围的大小与内部空间几何形状的复杂程度对应，越复杂的区域范围越小，所有区域是依次相连的；3‑2、根据总送风量和各区域的平均流速确定模型中各区域的管径或水力直径d₀，其中确定各区域的平均流速u_m是按照相应区域中流速相似原则；总送风量、区域长度、管径或水力直径d₀和平均流速u_m之间的关系如下：其中，总送风量的单位是kg/s，区域长度的是单位：m，管径或水力直径d₀的单位是m，平均流速u_m的单位是m/s；3‑3、根据各区域管径或水力直径、通过各区域的平均流速、各区域的长度和颗粒物的粒径确定式[1]至[3]中的参数，最终通过式[4]得出不同粒径颗粒物的沉降量。