空间站睡眠区气流组织仿真分析.pdf

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1、第23卷第3期载人航天Vol.23No.32017年6月MannedSpaceflightJun.2017空间站睡眠区气流组织仿真分析徐浩,李潭秋,李英斌,尚文锦,黄永虎(中国航天员科研训练中心,北京100094)摘要:为了营造舒适安全的空间站睡眠区气流组织环境,建立了三维睡眠区仿真模型,使用FLUENT对空间站睡眠区的流场、温度场以及CO浓度场进行了数值计算,选取面部速度舒适2比例和空气龄作为评价指标,对乘员面部区域气流组织质量进行了评价。结果表明:乘员面部区域速度舒适比例能够达到70%,满足航天员的安全与舒适性要求指标;乘员头部区域空气龄均值为28

2、�4s,空气较为新鲜;乘员头部区域温度在25℃左右,满足散热需求;乘员口鼻区CO浓度低于1000ppm,满足安全性要求。该通风方式满足空间站睡眠区的环控生保设计要2求。关键词:空间站;睡眠区;数值计算;热舒适性;面部区域速度舒适比例;空气龄中图分类号:V444�3文献标识码:A文章编号:1674⁃5825(2017)03⁃0327⁃05NumericalAnalysisofAirDistributioninSpaceStationCrewQuartersXUHao,LITanqiu,LIYingbin,SHANGWenjin,HUANGYonghu(C

3、hinaAstronautResearchandTrainingCenter,Beijing100094,China)Abstract:Inordertodesignasafeandcomfortablespacestationcrewquarterswithfreshair,a3Dmodelforthecrewquarterswasdeveloped.FLUENTwasusedtoobtainthedistributionsoftheairvelocity,theairtemperatureandtheCOconcentration.Facialar

4、easpeedratiowithdifferentairve⁃2locityrangesandtheageofairwerechosentoevaluatetheairdistribution.Theresultsshowedthatthefacialareaspeedratioreached70%whichwascomfortableforcrew.Themeanageofairwasa⁃bout28�4sintheheadareaindicatingthattheairwasfreshenough.Thetemperaturewasabout25℃

5、intheheadareawhichsatisfiedthethermalrequirements.Meanwhile,theCOconcentration2waslowanditwassafeforthecrew.TheventilationsystemcanmeetthedesignrequirementsofthespacestationcrewquartersKeywords:spacestation;crewquarters;numericalanalysis;thermalcomfort;facialareaspeedra⁃tio;ageo

6、fair能力,才能保证人体的热舒适性。因此,对如何在1引言该种环境下创造出合适的气流分布进行研究是有空间站睡眠区作为航天员休息的主要场所,必要的。其内部气流组织的分布状况直接影响到通风效率目前对于空间站睡眠区的研究,国内学者付以及航天员的安全性与舒适性。相对于地面普通仕明、吴群刚等分析了空间站舱内空气在不同流[1][1⁃2]卧室,空间站睡眠区具有微重力和狭小的特点。量、不同送风位置和不同送风角度等条件微重力条件使得自然对流几乎消失,这就需要进下的流场分布以及故障模式下睡眠区CO2的聚[3][4⁃5]行强迫对流;而狭小空间会造成更多的热量和集状态,还分析

7、了乘员舱的空气龄;国外学CO堆积,因而需要更好的散热能力和CO扩散者Chang等也对空间站睡眠区的CO聚集现象222收稿日期:2016⁃08⁃15;修回日期:2017⁃04⁃26第一作者:徐浩,男,硕士,助理工程师,研究方向为环境控制与生命保障。E⁃mail:1522995859@qq.com328载人航天第23卷[6]进行了研究,同时完成了包括睡眠区、节点源项;t为时间。当φ取值不同时,式(1)可分别[7⁃8][9]舱甚至整个空间站的气流分布模拟研究。表示连续性方程、动量方程、能量方程、组分输运但对睡眠区内部气流组织的研究不够充分,本文方程等。将对现

8、有结构的睡眠区内部流场进行数值分析,3�2网格划分与独立性验证为后期睡眠区的改进提供参考。为了

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