民机客舱湿特性快速确定方法技术

本发明专利技术提供了一种类比电路理论的民机客舱湿特性快速确定方法。其特征在于包括：民机客舱的湿度变化特性分析；借鉴电路理论建立民机客舱集总虚拟湿源，引入湿容，湿阻概念；建立民机客舱集总虚拟湿源湿传递模型；实现基于集总虚拟湿源的民机客舱湿度确定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于传热传质

技术介绍
(1)民机客舱湿特性确定目前国际航空市场竞争激烈，舒适、经济、安全已经成为民机市场竞争的关键，以人为本的设计理念已经渗透到飞机研发、设计、市场竞争的各个环节。创造更为适人的客舱舒适性，是提升我国大型民机市场竞争力的关键技术途径之一。高海拔巡航飞行时，客舱空气会变得非常干燥，尤其是长途飞行会使乘客暴露于低湿环境下而感到不适，在引起高原反应的同时伴有眼睛发干或受到刺激、鼻子发干或不灵敏、皮肤干燥或受到刺激等症状。在全面提高大型飞机舒适性背景下，提高客舱湿度已经成为必须面临的问题。波音787机身采用复合材料，长期加湿不会对飞机造成腐蚀，因此在加湿系统作用下，可将空气湿度保持在15%以上，比当前洲际飞行的5 10%感觉更加舒适；欧盟的舒适客舱环境FACE计划也将改善客舱湿度作为提高舒适性的主要技术途径。但加湿也会带来隐患，如携带水会增加起飞重量、加湿器附近诱发生物体生长、高湿度会导致机舱内壁发生冷凝、滴水和湿气冻结等现象，造成腐蚀等安全问题，所以客舱湿度控制水平一直是安全性、经济性和舒适性三者的优化结果。因此，准确获悉客舱热湿随飞行包线的动态变化，对于客舱湿度控制和湿舒适性保证具有指导意义。(2)传统材料传湿模型民机客舱空气的保证是由飞机发动机引入的高空干燥新鲜空气经制冷系统(图1 中101)制冷达到要求后分两部分一部分供入驾驶舱，一部分与来自客舱的经过滤器(图 1中103)过滤后的再循环空气在混合腔(图1中102)内混合后送入客舱，如图1。这样民机客舱湿度受到上述多个因素的影响，包括新鲜空气含湿量、制冷系统除湿效率、再循环空气经过滤器的除湿效率、人员引起的增湿量、调压及泄漏引起的湿排除、飞机内部设施的湿脱除等。一般民机客舱湿度变化模型经常忽略客舱内饰/内设施的吸收和脱附湿量，这会造成人体区域预测湿度过低。专利技术人经过多次随机测试发现，该项对客舱湿度影响明显，不能忽略，本文建立了等效虚拟湿源来考虑该项影响。综合考虑不同因素对客舱空气湿度影响，可以得到等效集总湿传递网络，如图2所示。因此，民机客舱的湿度变化模型为d(dva)mair ^t^ =爽―—.+ f^iccupant . ^2 + f^freshair . ^freshair + Recycle . ^va . 0 — fIfliter) — f^ut . ^va + Release 式中:dva为客舱含湿量，kg/kg干；mair为客舱总干空气质量，kg干；t为时间，s ； 成—W为加湿量，kg/s ； ξ ！为加水量再入客舱的百分数，％ ； Axvant为人员产湿量，kg/s ； ξ 2为和再入客舱的百分数，% ；吟—为新鲜空气量，kg/s ；dfreshair为新鲜空气含湿量，kg/kg干；碑-α为再循环空气量，kg/s ； Jifliter为再循环过滤器除湿率，％ ；戏 ,为由于压力调节和泄漏排出空气量，kg/s ；为由于水蒸气分压力差引起的客舱虚拟湿源(内饰/座椅等)与客舱空气的湿传递，kg/s。上式中的确定对于客舱湿特性分析至关重要。常规材料吸湿及脱湿模型多是基于多孔介质模型建立的。忽略相变等，飞机内饰设备等湿传递满足d(C ) d ( dC λ_4] λ =Ad^)(Λ ILyA- \LyA- J材料表面与空气附面层湿传递满足Cva I x =材料表面=kCvm I x =材料表面附面层向主流空气的湿传递Release = ^'K' (Qa | X=材料表面 _ Q^)式中Cvm和Cva分别为材料和舱内空气中的水蒸气浓度，kg/m3 ；χ为材料厚度方向坐标，m ;DV为水蒸汽扩散系数，m2/s ；k为分系数；A为客舱所有内饰及座椅的等效表面积，m2;hv为对流传质系数，m/s。由于飞机内部材料及座椅等设施表面积大且内饰复杂，不易获得准确的相关模型参数，也不能准确获得材料内部初始湿度场分布，所以无法直接采用上述公式精确地计算出吸/脱湿量。另外，由于随机测试数据仅仅是温度、压力和湿度单位置数据，这更增大了采用上述材料脱湿模型的难度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种民机客舱湿特性确定方法，其特征在于包括分析民机客舱的湿度变化模型；借鉴电路一阶系统理论，引入湿容，湿阻概念，建立民机客舱集总虚拟湿源；建立民机客舱集总虚拟湿源湿传递模型；实现基于集总虚拟湿源的飞机客舱湿度确定。附图说明图1用于说明影响民机客舱湿度因素；图2用于说明飞机客舱集总湿传递网络；图3A和图;3B用于说明飞机客舱两节点湿网络；图4显示了本专利技术的一个实施过程；图5为实测客舱压力随飞行包线变化；图6为实测温度随飞行包线变化；图7为实测湿度和确定湿度随飞行包线变化对比分析；图8为乘客上座率为50%的情况下的座舱温度随飞机包线的确定分析。具体实施例方式根据本专利技术的一个实施例，提供了一种民机客舱湿特性确定方法，其借鉴了电路理论的一阶系统；如图3A，由电路理论可知电容、电阻和电压源组成的电路系统，电容两端的电压和电流满足权利要求1.类比电路理论的。其特征在于包括 建立民机客舱的湿度变化模型；建立民机客舱集总虚拟湿源湿传递模型； 基于集总虚拟湿源，确定民机客舱湿度。2.根据权利要求1的民机客舱湿特性快速预测方法，其特征在于所述民机客舱的湿度变化模型可用下式表征dt3.根据权利要求1的民机客舱湿特性快速预测方法，其特征在于所述方法将飞机内饰 /座椅等材料等效为一虚拟湿源，该虚拟湿源集总地与飞机客舱空气进行湿交换。4.根据权利要求1的，其特征在于所述民机客舱集总虚拟湿源湿传递模型可用下式表征5.根据权利要求1的，其特征在于所述建立民机客舱的湿度变化模型的步骤和建立民机客舱集总虚拟湿源湿传递模型的步骤包括确定虚拟湿源脱水时间常数Td和飞机湿容Ch。； 确定人员产湿量戏α upant 9 确定飞机客舱新风量吟—； 确定客舱空气泄漏量^ai。6.根据权利要求5的，其特征在于确定人员产湿量occupant 的步骤包括设人员产湿量为^occupant = flCrew · I + npa, ·也-其中吟—是向飞机客舱供入的新风量，是由发动机引气经过制冷包调温除湿后进入客舱，需满足最小新风量要求，且不能影响发动机工作性能。7.根据权利要求5的，其特征在于确定飞机客舱新风量的步骤包括设液 _f xQvsx pc} 一 _ 2.87x7； ，kg/s把全部新风量又分为供入驾驶舱的部分和供入客舱的部分， 在 f = 1 时，=0.7成_力；在 f = ι 时，=0.73成_声 O8.根据权利要求5的类比电路理论的，其特征在于所述确定客舱空气泄漏量^ai的步骤包括按压力微分方程in ^jreshair差分后得到压调及泄漏引起的总的^ai， 式中11。_为机组人员数，为机组人员散湿量， npas为旅客人员数， 为旅客人员散湿量，f为选择流量系数，对应上座率， Qvs为在海平面正常的流量， P。'为客舱绝对压力， Vc为飞机客舱有效容积， P。为客舱压力。9.根据权利要求5、6、7、8中的任何一项的的的，其特征在于所述基于集总虚拟湿源确定客舱相对湿度的步骤包括全文摘要本专利技术提供了一种类比电路理论的。其特征在于包括民机客舱的湿度变化特性分析；借鉴电路理论建立民本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曲洪权，王强，邢志强，刘文揩，王超，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：