客机座舱内热环境与流场特征实验研究

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1、ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５博士学位论文—土木工程级学科：学科专业：供热、燃气通风及空调工程作者姓名：变Ｍ指导教师：刘俊杰天津大学研究生院２０１７年５月客机座舱内热环境与流场特征实验研究Experimentalstudyofthethermalenvi-ronmentandairflowcharacteristicsinapassengeraircraftcabinmockup一级学科：土木工程学科专业：供热、供燃气、通风及空调工程

2、作者姓名：张永志指导教师：刘俊杰天津大学环境科学与工程学院二零一七年五月摘要定量描述机舱内热羽流对流场的作用是非常必要的，尤其是研究人体热羽流对大尺度环流的作用，是优化机舱内气流组织，改善机舱环境质量的基础。本文针对客机座舱及其环境特点，搭建了实验测量系统，较系统地开展了热湍流测量，大尺度环流测量，以及不同气流组织评估，为设计健康、舒适和节能型的客机环境控制系统提供了数据与理论支持。主要贡献与结论：通过动态热湍流的测量方法，研究了七排客座机舱中乘客热羽流流动规律。使用高频热电偶，通过远程控制的方法，测量人体近壁区的动态温度信号。然后

3、通过统计学方法中偏斜度来分析温度数据。用于研究人体热羽流的湍流特征。通过三维超声波风速仪（UA）测量大尺度环流的大样本量速度信号，通过功率谱分析了机舱中整体热羽流对大尺度环流的能量传递规律。实验结果有助于了解机舱内乘客散发的热羽流对大尺度环流的影响。关于大尺度环流对空气质量的影响也进行了研究，使用示踪气体测量了机舱内的污染物分布。机舱中两个大尺度环流相互作用使得气流混合充分。通过实验研究对比五种不同的机舱内气流组织，评估了机舱模型中不同通风系统的性能。通过使用热电偶，超声波风速仪测量和示踪气体进行相关实验研究，获得了客舱模型的温度场

4、分布，速度场分布和呼吸区空气龄平均龄。并通过数据分析，建立了一套机舱内不同气流组织性能评价系统。主要结论：使用高频热电偶获取热湍流数据，从而分析复杂机舱环境下人体热羽流规律。在机舱环境下，人体腿部充分发展的热羽流会影响躯干的热羽流。座舱内大尺度流动非定常性是由射流碰撞和热羽流相互影响造成的。由于乘客热羽流的扰动增加了机舱内环流能量。乘客热羽流对环流的作用主要体现在环流的卷吸区。建立了客机座舱环境不同气流组织通风效果的评价体系。混合通风系统下，大尺度环流可以强化传热。但使用多个风口送风可以提高速度均匀性。下送上回形式排热效率很高，但是

5、加剧了温度分布的不均匀性。关键词：客机座舱，气流组织，热羽流，大尺度环流，混合通风，置换通风IABSTRACTItisnecessarytoquantitativelydescribetheeffectofthethermalplumeontheunsteadyairflowswithinthecabin.Especiallyontheroleofthermalplumeimpactonlarge-scalecirculation,whichisimportanttooptimizeairdistributionandimprove

6、theenvironmentqualityincabin.Inthisstudy,anexperimentalmeasurementsystemisbuiltforthepassengercabin.Thethermalturbulencemeasurement,thelarge-scalecirculationmeasurementandtheevaluationofdifferentairflowmeasurementaresys-tematicallycarriedout,whichlayafoundationforfurth

7、erdesigningahealthy,ther-mallycomfortableandenergy-efficientenvironmentalcontrolsystem(ECS).Thein-novationpointsofthisresearchcanbeconcludedas:Thepurposeofthisstudyistoinvestigatetheinfluenceoftheheatdissipationofthermalmanikinsontheflowfieldinaseven-rowcabinmockupthat

8、wasfullyoccu-piedbythermalmanikins.Temperaturedatafromthecabinmockup,asmeasuredbythermocouples,wereanalyzedusingstati