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氮气民机燃油箱冲洗惰化过程工程计算和数值模拟

收藏本文 2024-03-02 点赞:15170 浏览:61673 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:基于机载制氮系统(OBIGGS)的燃油箱惰化技术具有可靠性高、生命周期运转成本低、后勤保障需求少等优点,它已经成为美国联邦航空局(FAA)适航条例中推荐利用的民机燃油箱防爆技术。随着“大飞机”重大专项的开展,我国民机燃油箱惰化技术的探讨已经起步,在此背景下本论文对民机燃油箱冲洗惰化历程的工程计算策略和数值模拟技术进行了探讨。本论文在查阅大量相关文献资料的基础上,详细推导并建立了单舱无氧溢出、单舱有氧溢出和多舱地面冲洗惰化的计算策略,并运用Delphi7程序设计工具开发了界面友好、利用方便的飞机燃油箱惰化工程计算软件。运用该工程计算软件对单舱无氧溢出与有氧溢出情况进行了比较计算,另外又对不同气体流通方式下的多舱地面惰化历程进行了计算。国内外关于利用计算流体力学(CFD)策略对燃油箱惰化流场进行探讨的文献很少,由此本论文对民机燃油箱惰化流场的CFD数值模拟技术进行了探讨。根据燃油箱冲洗惰化历程的特点,建立了一套燃油箱惰化流场数值模拟基本策略。以FAA文献中的单舱矩形燃油箱和波音747翼燃油箱为探讨对象,分别对单舱和多舱燃油箱冲洗惰化流场的数值模拟策略进行了探讨与浅析。将数值模拟结果与工程计算结果和FAA文献中的实验数据进行比较,验证了CFD数值模拟策略的准确性和可行性。对单舱燃油箱CFD数值模拟结果的浅析发现:用氧浓度相同的富氮气体(NEA)冲洗时,流量越大气相空间氧浓度下降得越快,但达到12%氧浓度时的NEA需求量相同;对于任意浓度的NEA来说,其惰化率与体积置换次数(VTE)成一一对应联系;不同的喷口、通气口布置方式对平均氧浓度的变化规律几乎没有影响,而会对气相空间内的氧浓度分布情况产生影响。对多舱燃油箱CFD数值模拟结果的浅析发现:冲洗惰化历程中,各个隔舱间的氧浓度差别较大,而各个隔舱内的氧浓度趋于均匀,流出某隔舱的气体的氧浓度近似等于该隔舱内的平均氧浓度;当通气口相对于NEA进口对称布置时隔舱间流量能够近似按照面积比进行分配;而不对称布置时分配情况比较复杂,不能简单地按照面积比确定。本论文的探讨成果可为民机燃油箱惰化系统的探讨与设计提供参考。关键词:民机燃油箱论文富氮气体论文惰化论文工程计算论文数值模拟论文

    摘要5-6

    Abstract6-8

    目录8-11

    图表清单11-13

    注释表13-14

    1 绪论14-23

    1.1 探讨背景及作用14-16

    1.2 与燃油箱防爆相关的适航条款及防火抑爆策略16-19

    1.2.1 与燃油箱防爆相关的适航条款16

    1.2.2 燃油箱防火抑爆策略16-19

    1.3 燃油箱惰化技术探讨近况及主要探讨策略19-22

    1.3.1 国外探讨近况19-20

    1.3.2 国内探讨近况20

    1.3.3 主要探讨策略20-22

    1.4 本论文的主要内容22-23

    2 机载制氮惰化系统介绍23-27

    2.1 引气及其处理系统23-24

    2.2 空气分离系统24-25

    2.2.1 分子筛空气分离系统24

    2.2.2 渗透膜空气分离系统24-25

    2.3 富氮气体分配系统25-26

    2.4 测量与制约系统26-27

    3 民机燃油箱冲洗惰化计算策略探讨27-37

    3.1 无量纲参数定义27-28

    3.2 单舱燃油箱冲洗惰化计算策略28-33

    3.2.1 无氧溢出计算策略28-30

    3.2.2 有氧溢出计算策略30-33

    3.3 多隔舱燃油箱冲洗惰化计算策略33-36

    3.3.1 隔舱间流动方向及流量确定策略33-35

    3.3.2 氧浓度随时间变化计算策略35-36

    3.4 本章小结36-37

    4 民机燃油箱冲洗惰化工程计算软件实现37-50

    4.1 Delphi介绍及运用程序开发流程37

    4.2 工程计算软件界面介绍37-44

    4.2.1 主界面及新建计算类型窗口37-38

    4.2.2 单舱无氧溢出模型计算模块38-40

    4.2.3 单舱有氧溢出模型计算模块40-41

    4.2.4 多舱地面冲洗惰化模块41-44

    4.3 工程计算软件的运用44-49

    4.3.1 不同载油率下单舱无氧溢出与有氧溢出比较计算44-45

    4.3.2 不同隔舱间流动方向及流量确定策略的运用45-49

    4.4 本章小结49-50

    5 民机燃油箱冲洗惰化历程的数值模拟探讨50-78

    5.1 燃油箱冲洗惰化流场的数值模拟策略51-56

    5.1.1 燃油箱冲洗惰化流场数值模拟的基本检测设51

    5.1.2 几何模型处理51-52

    5.1.3 计算网格生成52

    5.1.4 制约方程52-54

    5.1.5 离散格式54-55

    5.1.6 速度压力耦合策略55

    5.1.7 初始条件和边界条件55-56

    5.2 单舱燃油箱冲洗惰化流场的数值模拟探讨56-66

    5.2.1 几何模型57-58

    5.2.2 计算网格对数值模拟结果的影响58-61

    5.2.3 壁面简化合理性验证61-62

    5.2.4 不同冲洗流量时惰化流场的数值模拟与浅析62-63

    5.2.5 不同富氮气体浓度时惰化流场的数值模拟与浅析63-65

    5.2.6 喷口、通气口布置对惰化流场的影响65-66

    5.3 多舱燃油箱冲洗惰化流场的数值模拟探讨66-77

    5.3.1 几何模型67-68

    5.3.2 计算网格对数值模拟结果的影响68-72

    5.3.3 CFD数值模拟的惰化规律验证72-73

    5.3.4 各个隔舱内的流场及氧浓度分布情况浅析73-76

    5.3.5 隔舱间气体流量分配规律及其对计算结果的影响76-77

    5.4 本章小结77-78

    6 总结与展望78-80

    6.1 全文总结78-79

    6.2 工作展望79-80

    致谢80-81

    攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况81

    攻读硕士学位期间参加科研项目情况81-82

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