【发明公布】实验室内飞机APU排气系统设计方法_中国飞机强度研究所_202111507177.7 

申请/专利权人:中国飞机强度研究所

申请日:2021-12-10

公开(公告)日:2022-01-07

公开(公告)号:CN113901595A

主分类号:G06F30/15(20200101)

分类号:G06F30/15(20200101);G06F30/28(20200101);B64F5/00(20170101);G01K13/024(20210101);G01L11/00(20060101);G06F113/08(20200101);G06F119/14(20200101);G06F119/08(20200101)

优先权:

专利状态码:在审-公开

法律状态:2022.01.07#公开

摘要:本发明公开了一种实验室内飞机APU排气系统设计方法,包括步骤:一、确定初始调整管道直径;二、给定初始调整管道长度;三、确定引流管道直径;四、判断飞机APU排气设备是否完全将尾气收纳;五、风机选型;六、确定喷淋降温用水质量流量;七、确定喷淋降温机构的数量。本发明为实验室内飞机APU排气系统选型设计提供依据,同时节省了物力和人力,解决了在实验室内进行APU开车的问题,为实验室内气候试验的开展奠定了重要基础,可完全排出高温高压的APU尾气,保证了实验室内温度、压力的稳定,确保了飞机及试验人员的安全,对高温尾气进行了降温处理,保证排除实验室外的尾气不会对实验室外人员造成危害。

主权项:1.实验室内飞机APU排气系统设计方法,所述实验室内飞机APU排气系统包括用于容纳飞机(7)的实验室(6)和将飞机APU排气输出至室外的飞机APU排气设备,飞机APU排气设备包括依次连接的初始调整管道(1)、引流管道(2)、蝶阀(3)和风机(4),初始调整管道(1)上设置有喷淋降温器(5),喷淋降温器(5)包括多个沿初始调整管道(1)长度方向均匀设置的喷淋降温机构,所述喷淋降温机构包括设置在初始调整管道(1)外的供水管(5-2)和多个沿初始调整管道(1)长度方向均匀设置在初始调整管道(1)内壁上的喷淋环管(5-1),所述喷淋环管(5-1)朝向初始调整管道(1)内中心方向的侧壁上均匀开设有多个喷水孔;供水管(5-2)为具有一个输入管和多个输出管的供水管,供水管(5-2)上输出管的数量与所述喷淋降温机构中喷淋环管(5-1)的数量相等且一一对应,输出管上安装有阀门(5-3)和流量传感器(5-4);实验室(6)内靠近飞机APU排气3m位置处设置有排气口温度传感器(8),实验室(6)内位于飞机非工作区的位置处设置有实验室环境温度传感器(9)和实验室环境压力传感器(10);初始调整管道(1)和引流管道(2)均为圆管;其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、确定初始调整管道直径:利用CATIA软件建立飞机APU排气口和飞机APU排气口周围的气流组织分布的三维模型,并采用混合网格形式对三维模型进行网格划分,把三维模型导入FLUENT软件中,获取在自然射流状态下飞机APU排气口周围的气流组织分布,获取气流在三个方向上的最大边界;根据公式D=L+△L,计算初始调整管道直径D,其中,L为气流喷射宽度或高度方向上的最大边界,△L为气流喷射宽度或高度方向上的边界安全预留值;步骤二、给定初始调整管道长度:根据飞机APU排气口与其正对的实验室侧壁之间的距离给定初始调整管道长度,满足初始调整管道(1)为直管,且引流管道与初始调整管道(1)的衔接段为直管;步骤三、确定引流管道直径:设定引流管道直径小于初始调整管道直径,在FLUENT软件中输入初始调整管道直径和设定的引流管道直径,进行数值计算,获取引流管道内的压力场;在FLUENT软件中通过多次调整引流管道的转弯半径和管道内部光滑程度,并进行数值计算,获取满足压力场要求的引流管道直径;步骤四、判断飞机APU排气设备是否完全将尾气收纳:利用确定的初始调整管道直径和确定的引流管道直径在FLUENT软件中获取在自然射流状态下飞机APU排气设备是否完全将尾气收纳,当飞机APU排气设备能完全将尾气收纳时,执行步骤五;飞机APU排气设备不能完全将尾气收纳时,调整气流喷射宽度或高度方向上的边界安全预留值,执行步骤二和步骤三,直至飞机APU排气设备能完全将尾气收纳;步骤五、风机选型:利用排气口温度传感器(8)实时采集飞机APU排气口外3m位置处温度,实验室环境温度传感器(9)实时采集实验室内环境温度;逐渐增加风机(4)的频率,实验室内排气口温度传感器(8)所在位置处温度值先增大后减小,实验室内排气口温度传感器(8)所在位置处与实验室内实验室环境温度传感器(9)所在位置处温度值相同,且实验室内实验室环境压力传感器(10)所在位置处压力满足微正压指标,停止调节风机(4)的频率,选定满足需求的风机类型;步骤六、确定喷淋降温用水质量流量:根据公式,确定喷淋降温用水质量流量,其中,为初始调整管道内气流的质量流量,为初始调整管道内气流的平均比热容,为初始调整管道内气流的温度,为尾气排放安全设定温度,为喷淋降温用水蒸发百分比,β为用水量安全系数,为水的比热容,△T为喷淋降温用水从初始温度变为水蒸气的温度变化量,△Q为水的比汽化潜热;步骤七、确定喷淋降温机构的数量:根据初始调整管道长度确定喷淋降温机构的数量,多个喷淋降温机构的数量均匀布设在初始调整管道(1)上,根据喷淋降温用水质量流量确定每个喷淋环管(5-1)上喷水孔的数量,使多个喷淋降温机构的喷水质量流量满足要求。

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