一种确定飞机燃油对流换热量的方法及装置制造方法及图纸

本申请属于飞机能量管理技术领域，特别涉及一种确定飞机燃油对流换热量的方法及装置。该方法包括步骤S1、基于内流场仿真模型获得燃油箱内的热流体与燃油箱内壁之间的第一对流换热系数；步骤S2、基于外流场仿真模型获得燃油箱外壁与燃油箱外的冷流体之间的第二对流换热系数；步骤S3、获取燃油箱的壁面厚度及换热表面积；步骤S4、根据公式计算飞机燃油对流换热量。本申请通过仿真方法分别获得内流场与外流场的对流换热系数，进一步结合油箱材料的导热热阻直接计算飞机燃油的对流换热量，计算方式简便，计算效率更高。计算效率更高。计算效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种确定飞机燃油对流换热量的方法及装置


[0001]本申请属于飞机能量管理
，特别涉及一种确定飞机燃油对流换热量的方法及装置。

技术介绍

[0002]随着飞机性能的不断提高，传统环境控制系统中的空气循环制冷系统已经逐渐难以满足日益增长的制冷量需求。一方面，机载电子设备的数量和功率不断增加；另一方面，出于减小代偿损失和提高隐身性能的考虑，对冲压空气的使用限制越来越大。机载燃油由于其高储量和高比热的优点，被视为飞机综合热管理系统中的理想热沉。综合热管理系统可以通过燃油将各类传热器将环境控制系统、滑油系统、液压系统等子系统联结成一个有机整体。为了更高效地使用燃油作为热沉，燃油的温度应当成为关注的重点，而燃油温度的很大一方面取决于燃油通过油箱与外界的对流换热量。
[0003]由对流换热的基本计算式牛顿冷却公式q＝h(t
w
‑
t
f
)(式中，q表示对流换热的热流密度；h表示对流换热系数；t
w
、t
f
分别表示固体表面温度和流体温度)可知，对流换热系数成为求解对流换热量的关键。
[0004]目前，确定对流换热系数的主要方法是实验测量法。实验测量法是指通过实验测量直接或间接获取对流换热系数的方法。实验测量能得到真实的流动和换热信息，通过实验测量获得的对流换热系数可以量化估计误差，准确度有保障；相似原理与量纲分析理论很大地提高了实验测量结果的通用性。但是实验测量的周期较长，花费较高。对于结构复杂、体积庞大的飞机油箱来说，受到资金、硬件环境、外部边界环境等条件限制，实验模型有时很难做到与实际完全相似，测量误差大。另外，飞机油箱需要在高空、高速等特殊环境中工作，相似模型难以搭建，对流换热系数测量实验甚至无法展开。
[0005]燃油通过油箱与外界之间的热量传递是靠两种作用完成的，一是对流，流体质点不断运动和混合，把热从一处带到另一处，是为对流传递作用；同时由于油箱壁面以及流体其他各处存在温差，热量也必然以导热方式传递，而且温度梯度越大的地方，导热作用也越显著。支配这两种作用的因素和规律，诸如流动起因、流动状态、流体种类和物性、壁面几何参数等都会影响换热过程。对流换热系数从数值上反应了这一复杂现象的强度。
[0006]对流换热系数是把一切对对流换热有影响的因素都放在这个参数中考虑，h＝f(c,ρ,β,λ,μ,v,x,y,z,Ω)，其中：c
‑
比热容，ρ
‑
密度，β
‑
容积膨胀系数，λ
‑
导热系数，μ
‑
动力粘度系数，v
‑
流速，x,y,z
‑
坐标，Ω
‑
壁面几何形状，从上述公式来看，通过直接求取对流换热系数来求取换热量难度较大。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本申请设计一种确定飞机燃油对流换热量的方法及装置，通过计算机搭建计算模型可以保证与上述求解对流换热系数这一实际问题的相似性，从而计算燃油对流换热量。
[0008]本申请第一方面提供了一种确定飞机燃油对流换热量的方法，主要包括：
[0009]步骤S1、基于内流场仿真模型获得燃油箱内的热流体与燃油箱内壁之间的第一对流换热系数h1；
[0010]步骤S2、基于外流场仿真模型获得燃油箱外壁与燃油箱外的冷流体之间的第二对流换热系数h2；
[0011]步骤S3、获取燃油箱的壁面厚度δ及换热表面积A；
[0012]步骤S4、根据以下公式计算飞机燃油对流换热量φ：
[0013][0014]其中，t
f1
为热流体温度，t
f2
为冷流体温度，λ为导热系数。
[0015]优选的是，步骤S1进一步包括：
[0016]步骤S11、通过改变壁面温度来模拟燃油与内壁的不同温差；
[0017]步骤S12、通过内流场仿真获得不同温差及流量下的内流场的对流换热系数关系；
[0018]步骤S13、通过实际燃油温度与油箱内壁面温度及流量对内流场的对流换热系数关系进行插值，获得所述第一对流换热系数。
[0019]优选的是，步骤S11中，至少通过改变壁面温度设置出
‑
60K～60K之间的10个温差。
[0020]优选的是，步骤S12中，采用单相方法来计算燃油与油箱内壁面的对流换热系数。
[0021]优选的是，步骤S2进一步包括：
[0022]步骤S21、通过外流场仿真获得不同温差下的外流场的对流换热系数函数；
[0023]步骤S22、通过实际冷流体与油箱外壁面温度的温差，计算所述第二对流换热系数。
[0024]本申请第二方面提供了一种确定飞机燃油对流换热量的装置，主要包括：
[0025]第一对流换热系数计算模块，用于基于内流场仿真模型获得燃油箱内的热流体与燃油箱内壁之间的第一对流换热系数h1；
[0026]第二对流换热系数计算模块，用于基于外流场仿真模型获得燃油箱外壁与燃油箱外的冷流体之间的第二对流换热系数h2；
[0027]油箱参数获取模块，用于获取燃油箱的壁面厚度δ及换热表面积A；
[0028]换热量计算模块，用于根据以下公式计算飞机燃油对流换热量φ：
[0029][0030]其中，t
f1
为热流体温度，t
f2
为冷流体温度，λ为导热系数。
[0031]优选的是，所述第一对流换热系数计算模块包括：
[0032]温差预置单元，用于通过改变壁面温度来模拟燃油与内壁的不同温差；
[0033]内流场仿真单元，用于通过内流场仿真获得不同温差及流量下的内流场的对流换热系数关系；
[0034]插值单元，用于通过实际燃油温度与油箱内壁面温度及流量对内流场的对流换热系数关系进行插值，获得所述第一对流换热系数。
[0035]优选的是，在所述温差预置单元中，至少通过改变壁面温度设置出
‑
60K～60K之间的10个温差。
[0036]优选的是，在所述内流场仿真单元中，采用单相方法来计算燃油与油箱内壁面的对流换热系数。
[0037]优选的是，所述第二对流换热系数计算模块包括：
[0038]外流程仿真单元，用于通过外流场仿真获得不同温差下的外流场的对流换热系数函数；
[0039]函数求解单元，用于通过实际冷流体与油箱外壁面温度的温差，计算所述第二对流换热系数。
[0040]本申请通过仿真方法分别获得内流场与外流场的对流换热系数，进一步结合油箱材料的导热热阻直接计算飞机燃油的对流换热量，计算方式简便，计算效率更高。
附图说明
[0041]图1为本申请确定飞机燃油对流换热量的方法的一优选实施例的流程图。
具体实施方式
[0042]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定飞机燃油对流换热量的方法，其特征在于，包括：步骤S1、基于内流场仿真模型获得燃油箱内的热流体与燃油箱内壁之间的第一对流换热系数h1；步骤S2、基于外流场仿真模型获得燃油箱外壁与燃油箱外的冷流体之间的第二对流换热系数h2；步骤S3、获取燃油箱的壁面厚度δ及换热表面积A；步骤S4、根据以下公式计算飞机燃油对流换热量φ：其中，t
f1
为热流体温度，t
f2
为冷流体温度，λ为导热系数。2.如权利要求1所述的确定飞机燃油对流换热量的方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：步骤S11、通过改变壁面温度来模拟燃油与内壁的不同温差；步骤S12、通过内流场仿真获得不同温差及流量下的内流场的对流换热系数关系；步骤S13、通过实际燃油温度与油箱内壁面温度及流量对内流场的对流换热系数关系进行插值，获得所述第一对流换热系数。3.如权利要求2所述的确定飞机燃油对流换热量的方法，其特征在于，步骤S11中，至少通过改变壁面温度设置出
‑
60K～60K之间的10个温差。4.如权利要求2所述的确定飞机燃油对流换热量的方法，其特征在于，步骤S12中，采用单相方法来计算燃油与油箱内壁面的对流换热系数。5.如权利要求1所述的确定飞机燃油对流换热量的方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：步骤S21、通过外流场仿真获得不同温差下的外流场的对流换热系数函数；步骤S22、通过实际冷流体与油箱外壁面温度的温差，计算所述第二对流换热系数。6.一种确定飞机燃油对流换热量的装置，其特征在于，包括：第一对流换热系数计算模块，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚盟，刘亮亮，佟晓龙，赵营，李群，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：