客机个性送风口射流特征的实验研究

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1、客机个性送风口射流特征的实验研究ExperimentalStudyonCharacteristicsoftheJetFlowfromanAircraftGasper学科专业：供热、供燃气、通风及空调工程研究生：代申指导教师：孙贺江副教授天津大学环境科学与工程学院二零一五年十二月摘要随着科技的发展和民航规模的扩大，客机作为提供高速快捷的公共运输服务的交通工具，逐渐成为大众化的出行方式。然而，当前客机座舱空气环境并不理想，其导致的乘员在安全、健康和舒适等方面的问题时有发生。因此科学地把握现代客机座舱气流组织形式的合理性，营造一个安全、健康和舒适的客舱环境

2、，对于保障乘客和机组人员的生命安全、身体健康和舒适就尤为重要。现阶段客机座舱内气流组织形式主要有两种：整体送风和个性送风。整体送风可以形成稳定的流场，但新鲜空气与舱内循环空气混合后才能到达人体呼吸区；个性送风口直接将新鲜空气送到乘客的呼吸区，并且可以改善乘客热舒适。然而，国内外学者对机舱气流组织的研究大多数集中在整体送风，而个性送风方面较少。本研究的目的是对机舱个性送风口射流特征进行实验测量和理论分析。在七排座舱模型的基础上设计和搭建个性送风口测试的实验系统，个性送风管路系统按照MD82飞机上相应的构造设计。首先通过热线风速仪精细测量个性送风口射流流

3、场各点的平均速度和湍流度，分析了中心轴线上平均速度的变化和特征截面上沿径向上速度分布情况，并结合流量、开度等因素得出简化的个性送风口射流模型，用于指导理论分析和CFD模拟；然后通过2D-PIV测量系统测量个性送风口在实际机舱环境下的整体流场分布情况，分析了流量、整体送风和人体热羽流对射流流场的影响，最后结合机舱乘客的热舒适和空气质量对现有的个性送风口实际效果进行初步评价，并给出优化设计的相关建议。研究发现：个性送风口射流靠近出口流动较为复杂，射程达到1.8D0（D0为射流出口环面的外径尺寸，D0=12.6mm）时中心速度达到最大，之后有一段约3D0距

4、离的过渡区，当射程大于5D0时，射流充分发展时，其中心轴线速度的衰减规律和标准圆射流的规律相似，同时考虑流量和开度的因素，可以得到相应的半经验公式来预测射流的发展；在实际机舱环境中设置三种工况研究了机舱侧送风和人体热羽流对个性送风射流产生的影响，结果发现，机舱内侧送风不仅使得个性送风射流的轨迹发生了偏转，还对射流紊流边界造成干扰，加速了对周围空气的卷吸和射流的衰减；乘客热羽流则造成射流轨迹向下延伸。因此，实际机舱内个性送风射流需要根据侧送风和热羽流作用的不同程度进行相关的修正；为了避免乘客头部吹风感，本研究建议流量控制在0.48l/s到0.84l/s

5、之间，同时这种个性送风口输送新鲜空气的比例最高只能达到13.1%，需要进行优化设计。关键词：个性送风口；热线风速仪；PIV；简化模型；机舱环境ABSTRACTWiththedevelopmentoftechnologyandthescaleofthecivilaviationexpending,moreandmorepeoplearetravelingbyairplanesforitcanprovidehighspeedandefficientpublictransportservice.However,thecurrentaircraftcabin

6、airqualityisnotgoodenough,resultinginsomeproblemsofoccupantsafety,healthyandcomfortable.Therefore,itiscrucialtobetterunderstandingthereasonablenessofcabinairdistributionandcreatingasafe,healthyandcomfortableairlinercabinenvironment,thenimprovethedesignofventilationsystemandguar

7、anteethesafe,healthandcomfortofpassengersandcrew.Airdistributionsystemsincurrentairlinersaremainlydividedintomixingventilationandpersonalizedventilation.Themixingventilationcancreateastableairflowfieldbutthesuppliedcleanairreachesthepassengersaftermixingwiththepolluted(re-circu

8、lated)air.Asasupplement,apassengercanturnonthegasperth