一种基于动网格的飞机污染物排放扩散模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种基于动网格技术的飞机污染物排放扩散过程模拟方法，所述方法包括步骤：确定污染物排放源头及质量分数；确定飞机飞行区域的环境风速及温度；建立飞机周围污染物排放扩散的流场区域；利用Fluent对流场区域进行四面体网格划分，获取网格文件；编译描述飞机运动的UDF；将网格文件及UDF文件导入Fluent；在Fluent中进行设置求解，模拟得到飞机飞行过程中的污染物排放扩散过程。与现有技术相比，本发明专利技术的模拟方法更贴合飞机运行的实际情况，可更加精确、低成本获取飞机飞行过程中的污染物排放扩散过程，便于操作与开发，效率高且应用前景广泛。率高且应用前景广泛。率高且应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动网格的飞机污染物排放扩散模拟方法


[0001]本专利技术涉及环境影响评估
，尤其是涉及一种基于动网格的飞机污染物排放扩散模拟方法。

技术介绍

[0002]随着全球航空运输业的飞速发展，飞机作为一种快速有效的出行工具，已成为人们必选的一种交通方式，而飞机排放对机场区域空气质量的影响日益严重。飞机在起降过程中会排放大量的污染物，例如碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等，这些污染物在机场区域的集中排放将导致污染物浓度超标，进而影响机场周围的空气质量，因此有必要对机场区域污染物的排放扩散情况进行研究。
[0003]目前对飞机飞行过程中污染物扩散过程的模拟，假设飞机固定不动，改变飞机周围的空气流速，这种方式无法充分考虑到飞机运动对污染物排放扩散的影响。。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于动网格的飞机污染物排放扩散模拟方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于动网格技术的飞机污染物排放扩散过程模拟方法，所述方法包括步骤：
[0007]步骤1：确定污染物排放源头及质量分数；
[0008]步骤2：确定飞机飞行区域的环境风速及温度；
[0009]步骤3：建立飞机周围污染物排放扩散的流场区域；
[0010]步骤4：利用Fluent对流场区域进行四面体网格划分，获取网格文件；
[0011]步骤5：编译描述飞机运动的UDF；
[0012]步骤6：将网格文件及UDF文件导入Fluent；
[0013]步骤7：在Fluent中进行设置求解，模拟得到飞机飞行过程中的污染物排放扩散过程。
[0014]进一步的，步骤1中所述确定污染物排放源头及质量分数的方法为：
[0015]基于国际民用航空组织提供的航空发动机排放数据库中数据，设置飞机污染物排放源头及质量分数。
[0016]进一步的，步骤2中所述确定飞机飞行区域的环境风速及温度为：
[0017]获取飞机所在城市区域当日平均风速与平均温度，通过高度修正公式计算出不同高度的风速和温度，作为环境风速及温度。
[0018]进一步的，步骤3中所述飞机周围流场区域基于Solid Work建立，建立步骤包括：
[0019]步骤31：对飞机周围的流场区域进行三维建模；
[0020]步骤32：对飞机模型进行简化建模，保留排放口的特征；
[0021]步骤33：根据飞机的初始位置，在流场区域上放置飞机模型。
[0022]进一步的，所述飞机周围的流场区域包括进近阶段、滑行阶段、起飞阶段和爬升阶段周围的流场区域。
[0023]进一步的，所述飞机模型简化为方体，并根据污染物排放位置，在机身定义出排放口。
[0024]进一步的，步骤4中所述对流场区域进行四面体网格划分的流程步骤包括：
[0025]步骤41：将步骤3建立的流场区域导入Fluent；
[0026]步骤41：对飞机周围的流场区域进行局部加密；
[0027]步骤42：创建流场区域的面网格，根据几何特征设置全局网格的最大和最小尺寸；
[0028]步骤43：更新流场区域，将流场区域类型修改为Fluid类型；
[0029]步骤44：边界定义，将流场区域左右两个面定义为进出口边界，左右面定义为对称面，顶部面定义为出口边界，底部面定义为壁面或者出口面；
[0030]步骤45：添加边界层网格，对固体壁面添加边界层网格；
[0031]步骤46：创建四面体网格。
[0032]进一步的，步骤5中所述UDF基于VS软件编写，用于定义飞机的飞行速度。
[0033]进一步的，步骤7中所述在Fluent中进行设置求解包括以下步骤：
[0034]步骤61：定义流场区域重力大小及方向；
[0035]步骤62：定义求解器基于密度基的瞬态三维求解模型；
[0036]步骤63：定义流动模型，飞机外流场属于湍流运动；
[0037]步骤64：进行材料设置，指定飞机周围流体的密度、粘度、比热容及导热系数；
[0038]步骤65：进行边界设置，包括设置进口边界、出口边界和壁面边界类型；根据步骤2采集的飞机飞行区域的环境风速及温度，定义进口的风速及温度；设置污染源面，定义污染物排放面为质量流量入口，根据步骤1采集的飞机污染源排放数据，设置质量流量入口的流量、温度、各污染物质量分数；
[0039]步骤66：进行动网格设置，选定飞机机身为运动界面，并导入编制好的UDF定义飞机的运动方式；
[0040]步骤67：进行求解迭代的设置，设定时间步长、迭代数和每步迭代最大步数，并开始计算，最后输出飞机在特定流场区域中污染物排放扩散的情况。
[0041]进一步的，所述湍流运动模型采用SST k
‑
w模型；所述进口边界设置为velocity
‑
inlet类型；所述出口边界类型为设置pressure
‑
outlet类型；所述壁面边界的边界类型设置为wall，并定义为无滑移边界条件。
[0042]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0043]1)本专利技术通过动网格方法，可以同时考虑飞机运动、周围空气流动对飞机污染物排放扩散的影响，可更加精确、低成本获取飞机飞行过程中的污染物排放扩散过程，能够有效考虑空气流场及飞机运动方式对飞机污染物排放扩散的综合影响，对污染物排放扩散的模拟精确度更高。
[0044]2)本专利技术基于仿真手段，可以快速准确计算得到飞机不同运动状态下污染物的扩散排放，获取污染物的排放过程，减少数据收集成本，便于操作与开发，效率高应用前景广泛。
附图说明
[0045]图1为本专利技术的流程图；
[0046]图2为实施例机场区域中心截面竖直方向速度云图；
[0047]图3为5秒后该截面流场区域内流场特性云图，污染物分别为NO,CO和C2H6，其中，a)为竖直方向NO浓度云图，b)为竖直方向CO浓度云图，c)为竖直方向C2H6浓度云图；
[0048]图4为10秒后该截面流场区域内流场特性云图，污染物分别为NO,CO和C2H6，其中，d)为竖直方向NO浓度云图，e)为竖直方向CO浓度云图，f)为竖直方向C2H6浓度云图；
[0049]图5为流场区域内尾气各组分质量分数数据曲线；
[0050]图6为实施例机场区域中心截面水平方向NO浓度云图；
[0051]图7为5秒后该截面流场区域内流场特性云图，污染物分别为NO,CO和C2H6，其中，g)为水平方向NO浓度云图，h)为水平方向CO浓度云图，i)为水平方向C2H6浓度云图；
[0052]图8为10秒后该截面流场区域内流场特性云图，污染物分别为NO,CO和C2H6，其中，j)为水平方向NO浓度云图，k)为水平方向CO浓度云图，l)为水平方向C2H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动网格技术的飞机污染物排放扩散过程模拟方法，其特征在于：所述方法包括步骤：步骤1：确定污染物排放源头及质量分数；步骤2：确定飞机飞行区域的环境风速及温度；步骤3：建立飞机周围污染物排放扩散的流场区域；步骤4：利用Fluent对流场区域进行四面体网格划分，获取网格文件；步骤5：编译描述飞机运动的UDF；步骤6：将网格文件及UDF文件导入Fluent；步骤7：在Fluent中进行设置求解，模拟得到飞机飞行过程中的污染物排放扩散过程。2.如权利要求1所述的一种基于动网格技术的飞机污染物排放扩散过程模拟方法，其特征在于，步骤1中所述确定污染物排放源头及质量分数的方法为：基于国际民用航空组织提供的航空发动机排放数据库中数据，设置飞机污染物排放源头及质量分数。3.如权利要求1所述的一种基于动网格技术的飞机污染物排放扩散过程模拟方法，其特征在于，步骤2中所述确定飞机飞行区域的环境风速及温度为：获取飞机所在城市区域当日平均风速与平均温度，通过高度修正公式计算出不同高度的风速和温度，作为环境风速及温度。4.如权利要求1所述的一种基于动网格技术的飞机污染物排放扩散过程模拟方法，其特征在于，步骤3中所述飞机周围流场区域基于Solid Work建立，建立步骤包括：步骤31：对飞机周围的流场区域进行三维建模；步骤32：对飞机模型进行简化建模，保留排放口的特征；步骤33：根据飞机的初始位置，在流场区域上放置飞机模型。5.如权利要求4所述的一种基于动网格技术的飞机污染物排放扩散过程模拟方法，其特征在于，所述飞机周围的流场区域包括进近阶段、滑行阶段、起飞阶段和爬升阶段周围的流场区域。6.如权利要求4所述的一种基于动网格技术的飞机污染物排放扩散过程模拟方法，其特征在于，所述飞机模型简化为方体，并根据污染物排放位置，在机身定义出排放口。7.如权利要求1所述的一种基于动网格技术的飞机污染物排放扩散过程模拟方法，其特征在于，步骤4中所述对流场区域进行四面体网格划分的流程步骤包括：步骤41：将步骤3建立的流场区域导入Fluent；步骤41：对飞机周围的...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡江红，刘鑫，顾莹，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：