【摘要】：本文研究一種在飛機(jī)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中試驗(yàn)驗(yàn)證階段使用的滅火劑濃度探測(cè)設(shè)備中核心的濃度壓差轉(zhuǎn)換元件。此類設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)包括占地面積小,測(cè)量準(zhǔn)確度高,測(cè)量速度快,但小體積也為測(cè)量元件內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài),分析幾何參數(shù)影響造成了阻礙。同時(shí),由于元件內(nèi)部復(fù)雜的流場(chǎng),對(duì)理論分析造成了困難,元件的優(yōu)化和選型往往依賴于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn),耗費(fèi)了大量的時(shí)間和人力成本。為此,本文對(duì)探測(cè)元件內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了環(huán)境因素,幾何參數(shù)對(duì)元件性能的影響。首先,本文選定基于納維-斯托克斯流體的歐拉混合流,在本構(gòu)方程和流體力學(xué)方程基本方程組的基礎(chǔ)上,引入RNG K-ε湍流模型使得方程得到封閉。對(duì)混合氣體的粘度采用了半經(jīng)驗(yàn)的Wilke公式,熱導(dǎo)率、比熱容采用混合氣體的體積占比加權(quán)計(jì)算,相對(duì)擴(kuò)散系數(shù)采用富勒公式,確定組分方程中最適合的交換系數(shù),并為以上參數(shù)編寫了UDF函數(shù)。假設(shè)氣體在元件內(nèi)部流動(dòng)的整體過(guò)程為絕熱等熵流動(dòng),采用第一類邊界條件。氣體在毛細(xì)管處的流動(dòng)則視為層流流動(dòng),流管兩側(cè)的壓差則使用泊肅葉定律進(jìn)行描述。研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:研究濃度壓差轉(zhuǎn)換元件內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)特性,分析了哈龍1301滅火劑與氮?dú)庠谠䞍?nèi)部混合的過(guò)程,研究了元件內(nèi)部各個(gè)物理量以及氣體混合過(guò)程隨時(shí)間變化的關(guān)系。物理量在噴嘴處會(huì)發(fā)生劇烈的變化,壓力的分布會(huì)影響測(cè)量點(diǎn)的位置,溫度的變化會(huì)導(dǎo)致元件的流量系數(shù)的變化,速度場(chǎng)和濃度場(chǎng)的分布顯示了滯流區(qū)的存在,而滯流區(qū)是延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間的重要因素。同時(shí),本文還研究了濃度對(duì)測(cè)量結(jié)果以及元件性能的影響。建立了元件幾何參數(shù),如內(nèi)部毛細(xì)管的尺寸,分布情況以及滯流區(qū)幾何結(jié)構(gòu)與元件的響應(yīng)時(shí)間,敏感度的影響的關(guān)系。在0-100%范圍內(nèi),以10%滅火劑濃度為間隔,得出了元件體積越小,流體速度形越均勻,對(duì)減小氣體滯流區(qū)越有利的結(jié)論,進(jìn)而減小響應(yīng)時(shí)間,提高敏感度。這些結(jié)論為元件結(jié)構(gòu)優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。
【圖文】：

高設(shè)備精度，減小響應(yīng)時(shí)間，提高靈敏度，為下一步的設(shè)備優(yōu)化與改進(jìn)指明方向，逡逑為整個(gè)飛機(jī)滅火系統(tǒng)的研發(fā)與推進(jìn)提供幫助。逡逑本文的技術(shù)路線如下圖１．４所示，文章將從流動(dòng)模擬及其行為分析，參數(shù)影逡逑響與幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)濃度壓差轉(zhuǎn)換元件的數(shù)值模擬工作。逡逑壓＾氣體濃度探測(cè)設(shè)備數(shù)值模擬逡逑ｆ邋＇邐ｚｚｉｚｚ邋￣邐＾逡逑數(shù)學(xué)模型疰立邐流動(dòng)行為模擬邐外界因索與設(shè)備優(yōu)化逡逑Ｉ邋＿邐Ｉ邐＇邐一邋Ｉ邋＿逡逑Ｔ邐Ｔ邐Ｔ邐ｔ邐Ｔ邐？邐？逡逑控制方程湍流方程邐前處理邐流動(dòng)特性模擬邋性能影響邋環(huán)堍因素影響邐幾何優(yōu)化逡逑丨Ｄｈｉｒ邋Ｌ邐丨Ｉ網(wǎng)格生成，條Ｉ邋Ｉ壓力溫度速度Ｉ邋Ｉ濃度對(duì)響應(yīng)時(shí)Ｉ丨溫度湛度對(duì)測(cè)邋Ｉ毛？？滯流區(qū)逡逑氣仿丨丨ＲＮＧｋ－ｅｆｅｉ丨丨邋件確ｇ邋丨丨邋分布邋丨丨間等影咱１１邋ｇｉｃａ邐ａｉｉｋ逡逑圖１．４本文技術(shù)路線示意圖逡逑首先是通過(guò)對(duì)模擬對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模與理論分析，闡述壓差法探測(cè)的探測(cè)機(jī)逡逑理，確定模擬過(guò)程中各個(gè)參數(shù)的選擇范圍與適用的模型。然后在ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋中逡逑完成壓差法濃度探測(cè)的模擬過(guò)程，分析其內(nèi)部流動(dòng)的流場(chǎng)特征與關(guān)鍵性的特性參逡逑數(shù)隨滅火劑溫度，濕度，濃度變化的變化特點(diǎn)，解釋特性參數(shù)的變化原因，再結(jié)逡逑合理論分析提出幾何優(yōu)化的可能性。逡逑之后根據(jù)模擬算例的結(jié)果，對(duì)模擬算例的幾何部分進(jìn)行改進(jìn)，再進(jìn)行模擬計(jì)逡逑算，在不同的工況下比較不同的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)性能參數(shù)的影響，，幾何參數(shù)包括精度，逡逑靈敏度

３．２．１物理模型逡逑本文的模擬對(duì)象是基于管雨等人提出的一種壓差式氣體濃度探測(cè)設(shè)備，其濃逡逑度壓差轉(zhuǎn)換元件主要結(jié)構(gòu)如圖３．１所示。逡逑ｎ邐ｎ逡逑瀾壓孔邐Ｌ逡逑一一一二邋１邐、體出ＩＪ逡逑／c仯韃考危義賢跡常泵鴰鵂僚ǘ妊共鈄輝負(fù)謂峁故疽饌煎義希玻靛義

本文編號(hào)：2676556