【摘要】：122客機座艙是一個封閉、狹小、人員密集的特殊微環(huán)境,影響艙內(nèi)氣流分布的主要因素有:送風系統(tǒng)通過風口流出的氣流、乘客口鼻呼吸產(chǎn)生的氣流、由乘客和飛機本身散熱引起的熱浮力驅(qū)動的氣流以及由客機座艙內(nèi)復雜的幾何結構引起的分離流。送風口流出的氣流和乘客口鼻呼吸的氣流與自由射流類似,在遇到座椅和其它設備時形成了沖擊效應,而由乘客自身散熱引起的熱浮力驅(qū)動的氣流運動形成了湍流熱對流。因此,客機座艙內(nèi)的氣流是一種包含沖擊射流和湍流熱對流的復雜流動。對客機座艙內(nèi)的空氣流動進行研究,是創(chuàng)造一個安全、舒適、健康的客機座艙環(huán)境的必要前提。本文采用熱線測速技術和粒子圖像測速技術,分別對基于機艙環(huán)境背景下的沖擊射流和湍流熱對流進行實驗研究,作為實際客機座艙內(nèi)氣流運動研究的基礎。采用熱線測速技術對沖擊湍射流的流場特性進行了實驗研究。利用IFA300恒溫熱線測速儀、標準X型雙絲熱線探針和邊界層X型雙絲熱線探針,以高于湍流最小時間尺度的分辨率,精細測量了沖擊湍射流自由射流區(qū)的軸向、徑向速度分量的徑向分布和壁面射流區(qū)徑向、軸向速度分量的軸向分布,得到了平均速度、湍流強度、雷諾剪切應力、高階矩、能譜、耗散譜以及空間特征尺度在自由射流區(qū)和壁面射流區(qū)的分布。運用小波變換和希爾伯特—黃變換分別對測得的沖擊湍射流速度場進行了多尺度(多模態(tài))分析,描述了不同尺度(模態(tài))能譜的湍流能量級串過程,基于此并對這兩種分解方法進行了比較,發(fā)現(xiàn)希爾伯特—黃變換能夠更加準確地刻畫出不同尺度(模態(tài))結構在湍動能量傳輸過程中的變化與作用。最后,通過希爾伯特—黃變換方法獲得了沖擊湍射流自由射流區(qū)和壁面射流區(qū)不同模態(tài)結構的平均頻率與流動結構在不同平均頻率下的能量密度分布。采用粒子圖像測速技術,對等溫工況與加熱工況下的暖體假人模型的呼吸流場進行了實驗研究。利用周期相位平均方法對兩種工況下測得的周期變化的湍流場進行了湍流量統(tǒng)計,得到了呼吸過程中不同相位下的相平均速度、湍流強度和渦量的時空分布演化特征。采用本征正交分解方法將呼吸瞬態(tài)湍流場分解為平均流場、擬序流場、過渡流場和湍流流場四部分,研究了四個分流場的各自特點、演變規(guī)律以及循環(huán)變動特性。運用空間互相關技術,對兩種工況不同相位下的雷諾應力與平均速度變形率的空間相位關系變化進行了研究。
[Abstract]:The cockpit of 122 passenger plane is a special microenvironment with closed, narrow and dense personnel. The main factors affecting the distribution of air flow in the cabin are: the air flow from the air supply system through the tuyere, and the air flow generated by passengers' mouth and nose breathing. The flow of air driven by thermal buoyancy caused by the heat dissipation of passengers and aircraft itself and the separated flow caused by the complex geometric structure in the cockpit of an airliner. The air flow out of the tuyere is similar to that of the free jet, which forms an impact effect when the seat and other equipment are encountered, while the air flow driven by the thermal buoyancy caused by the heat dissipation of the passenger itself forms a turbulent thermal convection. Therefore, the air flow in the cockpit of an airliner is a kind of complex flow which includes impinging jet and turbulent thermal convection. The study of air flow in the cockpit of an airliner is a necessary prerequisite for creating a safe, comfortable and healthy cockpit environment. In this paper, hot wire velocimeter technology and particle image velocimeter technology are used to study the impinging jet and turbulent thermal convolution based on the background of cabin environment, which is the basis of the study of airflow motion in the cockpit of an actual passenger plane. The flow field characteristics of impingement turbulent jet were studied by hot wire velocimeter technique. By using IFA300 constant temperature hot wire velocimeter, standard X double wire hot wire probe and boundary layer X double wire hot wire probe, the axial direction of free jet zone of impingement turbulent jet is measured in detail at a resolution higher than the minimum time scale of turbulence. The radial distribution of the radial velocity component and the axial distribution of the radial and axial velocity components in the wall jet region are obtained, and the average velocity, turbulence intensity, Reynolds shear stress, high order moment and energy spectrum are obtained. The distribution of dissipation spectrum and spatial characteristic scale in free jet region and wall jet region. The multi-scale (multimodal) analysis of the measured velocity field of impinging turbulent jet is carried out by using wavelet transform and Hilbert-Huang transform, respectively, and the turbulent energy cascade process of different scale (modal) energy spectrum is described. Based on this and the comparison of the two decomposition methods, it is found that the Hilbert-Huang transform can more accurately depict the changes and functions of different scale (modal) structures in the process of turbulent energy transfer. Finally, the average frequency of different modal structures in the free jet region and the wall jet region and the energy density distribution of the flow structure at different average frequencies are obtained by means of Hilbert-Huang transformation method. The respiratory flow field of warm body dummy model under constant temperature and heating conditions was studied by using particle image velocimeter technique. The periodic phase average method is used to calculate the turbulent flow field with periodic variation under two working conditions, and the temporal and spatial distribution and evolution characteristics of phase average velocity, turbulence intensity and vorticity under different phases are obtained. The intrinsic orthogonal decomposition method is used to decompose the respiratory transient turbulent field into four parts: average flow field, quasi-ordered flow field, transitional flow field and turbulent flow field. The characteristics, evolution law and cyclic variation characteristics of the four separate flow fields are studied. The spatial phase relationship between Reynolds stress and average velocity deformation rate under different phases is studied by using spatial cross-correlation technique.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O357.5;O358

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本文編號：2481214