基于PMV-PPD的地面空调最佳送风速度

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug252017Vol38No．8SSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．edu．cahkxb@buaa．educaDOI：10．7527／$1000—6893．2017．121089基于PMV—PPD的地面空调最佳送风速度林家泉”，李弯弯中国民航大学电子信息与自动化学院，天津300300摘要：针对目前飞机地面空调恒速送风所造成的客舱热舒适性和节能效果不佳的问题，运用CFD技术建立了Boein9737飞

2、机客舱的仿真模型，并通过实验室l：1尺寸的Boein9737实验舱进行验证，证明所建立的CFD模型合理有效。在此模型基础上，模拟了飞机客舱内的风速场、温度场，根据采样点的风速和温度，分别得到不同送风速度下的客舱内热舒适性评价指标PMV和PPD，通过高斯拟合得到地面空调送风速度与PPD平均值之间的曲线关系，求解得到了满足热舒适性要求的地面空调最佳送风速度，从而实现地面空调的节能控制。关键词：地面空调；热舒适性；数值模拟；高斯拟合；最佳送风速度中图分类号：V245．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)0

3、8—121089—08国外民航飞机在机坪过站、短停时，不使用机载空调系统，而是使用悬挂在廊桥下方的地面空调，至今已有20年的历史uJ，中国从2012年才开始推广使用这项技术。由地面机务人员将地面空调送风软管与客舱空调管道连接，通过地面空调给客舱输送冷气，这样做足因为，机载空调的运行需要消耗航空煤油，运行成本高且污染环境，而地面空调使用工业电能，经济且不污染机坪空气环境。某机场统计了Boein9737客机使用地面空调替代机载空调的效益，单台地面空调机组每年节省燃油消耗160t，减少CO：排放约500t，按航空煤油与电能的

4、差价计算，每年可节约110万元[2一。文献[1]提供的数据显示，使用地面空调的节能率大于83％，环境效益和经济效益非常明显。近几年，随着计算机硬件和算法的发展，计算流体力学(CFD)技术的应用越来越广泛[3“]，也成为研究飞机客舱空气流动的主要工具[7。8]。目前国内外关于飞机机舱内热舒适性已有很多研究，具体包括不同送风形式对飞机客舱环境的影响睁“]，不同季节飞机客舱内的舒适性口2I，不同送风系统对飞机客舱热舒适性的影响[13。15。，以及太阳辐射对飞机驾驶舱热舒适性影响的分析口61等。因此，本文以地面空调为研究背景，

5、结合热舒适性评价指标PMV—PPD(PredictedMeanVote—Pre—dictedPercentageofDissatisfiedpeople)[1718]，采用CFD技术对地面空调不同送风速度下客舱内风速场、温度场以及热舒适性的影响进行了模拟及分析。1研究方法飞机地面空调为飞机客舱制冷如图1所示。出于安全的原因，地面空调不能与机载空调系统进行信息传递，导致无法获取客舱内的温度信息，因此目前地面空调的送风控制实质是处于开环状态，地面空调采用恒风速送风，是一种“粗放”的控制，没有考虑客舱内温度、客舱外空气温度、

6、太阳收稿日期：2016—12—30；退修日期：2017一04—06；录用日期：2017—04—27；网络出版时间：2017—05—0316：40网络出版地址：WWWcnkinel／kcms／delaI

7、／111929V201705031640002html基金项目：国家自然科学基金委员会-中国民航局联合基金(U1433107)；天津市自然科学基金(13JCYBJC42300)*通讯作者E-mail：jqlin@caucedu．CR；

8、用格武：林家泉，李弯弯．基fPMV-PPD的地面空调最佳送风速度!Jj?航空学报．20

9、17，38(8)：121089÷LINJQ，LIWw．BestwindspeedofgroundairconditioningsystembasedonPMV-PPD!JjiActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(8)：121089，121089—1航空学报㈥1地面空凋系统Fig．1Groundairconditioningsystem辐射等因素，造成能源浪费和制冷效果不佳。针对这一问题，本文采用CFD技术建立飞机客舱仿真模型，并结合热舒适性评价指标PMV—PPD，对飞机

10、地面空调送风风速进行研究。1．1飞机客舱模型建立了与Boein9737客机等比例的模拟舱实验平台，如图2所示，其中图2(a)为模拟舱的地面空调机组，图2(b)为Boein9737模拟舱结构。按照Boein9737模拟舱的真实尺寸建立了五排座满员的客舱仿真模型，如图3所示，模型包括飞机蒙皮、内客舱、客舱窗户、进风口、出风口、座椅模型