本发明专利技术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。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于封闭空间空气质量与污染物传播领域，尤其设及一种基于飞机环境控 制系统通用简化几何模型W计算飞机环控系统各部分中颗粒物沉降情况的方法。
技术介绍
民航客机的环境控制系统通过向机舱输送空气为乘客和机组成员提供一个安全， 舒适，健康的乘机环境。被送入客舱中的空气有一半来自室外，运一部分空气经由廊桥空调 系统，地面空调车，发动机或者与发动机有相似组成部件的辅助动力系统进入飞机的环境 控制系统，最终进入机舱，由于廊桥空调系统，地面空调车W及飞机的引起系统都没有安装 高效过滤器，机场的空气质量W及飞机在地面的停留时间对于进入飞机环控系统和机舱的 污染物有很大的影响。 中国正面临着非常严峻的空气污染问题，空气中含有大量的悬浮颗粒物（PM)，运 些颗粒物中包括大气浮尘，烟灰，W及其他在空气中凝结的污染物。机场的空气污染情况更 为严重。另一方面，中国的航班延误情况也十分严重，根据网站Fli曲tstats(2014)的统计 数据，中国Ξ大主要机场的准点率仅仅只有30%，在全世界范围内排名最后。有统计数据表 明，从飞机关闭机舱口开始到实际起飞之间，乘客和机组人员在机舱内平均要等待40分钟 的时间W。 中国严重的空气污染情况和较低的飞机准点率，使得大量的颗粒物进入飞机的环 控系统，运些颗粒物会一部分沉降在飞机环境控制系统W及辅助动力设备的引起装置中， 另一部分则会跟随送风进入到机舱内。沉降在系统中的颗粒物不仅会引起环控系统中的空 气循环设备运行故障W及磨损引起系统，运些颗粒物还会增加空气再循环系统中高效空气 过滤器的载荷，最后大大的缩短过滤器的使用寿命，影响整个环控系统的正常运行，进入机 舱内的颗粒物还会污染座舱空气质量，影响乘客和机组成员的健康。 因此，研究颗粒物在辅助动力系统和环境控制系统沉降的具体位置，从而采取相 应的手段来保证系统的安全运行和效率十分必要。关于穿透进机舱内的颗粒物的研究也能 为飞机乘客和机组人员是否需要进行暴露量评估提供一个评判的依据。[000引 参考文献 Flightstats. (2014).Airlineperformancereports,http: //www. flightstats.com/o You,R. ,Zhao,B. ,feChen,C. (2012).Developinganempiricalequation formodelingparticledepositionvelocityontoinclinedsurfacesinindoor environments.AerosolScienceandTechnology，46, 1090-1099。 McFarland,AR,Gong,Muyshondt,Wente,WB,Anand, &NK. (1997) ·Aerosol depositioninbendswithturbulentflowf.Environmentalence&Technolo gy, 31, 3371-3377。Fan,F.-G.，&Ahmadi,G. (1993)·Asublayermodelforturbulent depositionofparticlesinverticalductswithsmoothandroughsurfaces.JournalofAerosolScience，24,45-64。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种飞机环控系统的通用简化几何模型W及经验公式计算模型， 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。 为了解决上述技术问题，本专利技术基于通用简化模型的飞机环系统中颗粒物沉降量 估算方法予W实现的技术方案是：包括W下步骤： 步骤一、W-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；所述环控系统入口管段为一段矩形截面的弯管；所述第一风管是 采用弯头连接的几段圆形截面管路构成，在所述第一风管上设有用于与货仓通风支管连接 的连接点；所述第二风管的两端均分别采用弯头与空调包和空气混合舱连接；所述空气混 合舱由两段不同直径的圆截面风管组成；所述空气分配器包括主管路，所述主管路上、且 沿主管路的走向等间距地设置有多个与主管路贯通的支管，每个支管与主管路之间设有弯 头，每个支管的末端均分别设有一空气散流器； 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糖小于0. 15mm，则表面颗粒物沉降速 度为V严： 式山中：[001引 Vd-颗粒物沉降速度，m/s; dp-颗粒物粒径，μL?; 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糖度大于或等于0. 15mm，则表面颗粒 物沉降速度为ι'?, 式巧]中： V,!-颗粒物无因次沉降速度； k+-无因次表面粗糖度；cT-无因次颗粒物粒径； 皆一颗粒物无因次松弛时间；g+-无因次重力沉降速度； L+i-无因次参数，=3.(巧/(&/ ').当V,; < 0.14,W取计算值，否则，V;=化14; 2-3、计算模型处于弯头部位的颗粒物穿透率PW:閒式中：P-颗粒物穿透率，％ a-相关系数，a=-0. 9526-0. 05686δ，θ' 一弯头角度，rad St--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-ΠΡ' 式中：η-飞机环境系统通用简化模型中颗粒物沉降量，％ ;Ρ 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 的一颗粒物无因次沉降速度 d。一模型中各区域的管径或水力直径，m; Um-各区域的平均流速，m/s; L-模型中各区域的长度，m; 步骤Ξ、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do， 其中确定各区域的平均流速Um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d。和平均流速Um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d。的单位 是m，平均流速Um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 物的粒径确定式至巧]中的参数，最终通过式得出不同粒径颗粒物的沉降量。 与现有技术相比，本专利技术的有益当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
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vd：式[1]中：vd—颗粒物沉降速度，m/s；dp—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vd+=0.084Sc-2/3+12[(0.64k++12d+)2+τp+2g+L1+0.01085(1+τp+2L1+))3.42+(τp+2g+L1+)/(0.01085(1+τp+2L1+))]1/1+(τp+2L1+)×[1+8e-(τp+-10)2/32]0.0371-τp+2L1+(1+(g+/0.037));---[2]]]>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，L1+=3.08/(Sd+);]]>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(4.61+aθ,St1+bθ,St+cθ,St2+dθ,2St)---[3]]]>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=-0.297-0.0174δ1-0.07δ+0.0171δ2,]]>c—相关系数，c=-0.306+1.895δ0.5-2δ,]]>d—相关系数，d=0.131+0.0132δ+0.000383δ21-0.129δ+0.0136δ2,]]>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；um—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um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um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um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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘毓迪，沈雄，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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