[实用新型]一种客机巡航状态下舱壁传热实验模拟装置

说明书

本实用新型公开了一种客机巡航状态下舱壁传热实验模拟装置，包括低压环境舱，所述低压环境舱设有降压系统、空调及吹风系统，用来模拟飞机巡航状态下舱外压力和风速环境。所述低压环境舱内有加压环境舱，用来模拟飞机座舱，加压环境舱有加压系统、发热箱、风扇，用来模拟飞机座舱环境控制系统升压使座舱压力和温度达到人体舒适状态，也可模拟人体散热以及营造座舱气流流动。所述加压环境舱设有舱壁传热测试系统和数据采集仪。本实用新型可以精确测试低压条件下舱壁对流换热系数、舱壁传热量、舱壁温度，获得实验数据可以用于舱室内环境控制系统的优化设计，也可以为舱室气流的计算流体力学(CFD)数值计算提供可靠的边界条件和高质量的对比验证实验数据。

技术领域

本实用新型涉及客机座舱热环境实验研究，具体涉及座舱舱壁换热特性，为一种客机巡航状态下舱壁传热实验模拟装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，人们对于出行的交通工具的选择也更加偏向于方便快捷的高铁和飞机。2016年，中国有4.9亿人次乘飞机出行，而2019年则增长到6.6亿人次。与此同时，飞机的舱内环境的热舒适性也引起了人们的广泛关注。

飞机在巡航状态下所处的环境是非常恶劣的，当飞机处于一万米高度上，机舱外部大气压将低至0.2atm。为保证乘客的舒适安全，巡航飞行工况下舱内需加压。但考虑到成本、机舱壁承受力等因素，客舱内通常只加至0.8atm(ASHRAE.ASHRAE Handbook HVACApplications[M].Atlanta:American Society of Heating,Refrigerating and Air-Conditioning Engineers,2011.)。

然而由于真实飞机在巡航状态下不可能进行相关流场和温度场实验；1：1模拟座舱体积较大，控制舱内压力成本很高且实验难度极大，几乎所有机舱内热环境的实验测量都是在地面搭建实验台，舱室内压力是1atm。控制座舱内空气温度18-24℃，空气流动速度0.2m/s(Hunt E，Reid D，Space D，et al.Commercial airliner environmental controlsystem[C].Aerospace Medieal Association Annual Meeting，1995.)。舱室气流的计算流体力学(CFD)数值计算中直接给定舱内壁面温度作为座舱环境的计算边界条件(ZhangZ,Chen X,Mazumdar S.Experimental and numerical investigation of airflow andcontaminant transport in an airliner cabin mockup[J].Building andEnvironment,2009,44(1):85-94)。但是，随着压力的改变，舱内空气与壁面的换热能力也会有所变化，舱壁温度是变化的。舱内壁面温度的变化还影响舱内人体、座椅的辐射换热，因此飞机舱壁传热对于舱室内部的温度场有十分显著的影响。在地面搭建实验台，通过简化实验设备，控制边界条件，在保证舱壁内外表面压力与飞机巡航状态工况相同，精确测量舱壁表面低压条件下的对流换热系数，研究飞机巡航状态条件下壁面温度变化特性，对飞机舱室内环境的热舒适性设计及舱壁结构设计具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述不足而提供一种客机巡航状态下舱壁传热实验模拟装置，该模拟装置不仅能调节舱内外压力的变化，还能模拟舱内人体显热散热，也可以调节舱内外的温度，研究在飞机巡航状态下，舱内壁的温度变化规律，以及舱内壁与舱内空气的对流换热系数，这样可以优化舱壁结构设计。此外，由于飞机舱室内部空气和外部环境不断进行热量交换，相关的环境控制系统会弥补舱壁热交换造成的冷量、热量损失，为舒适、健康的飞机舱室环境营造提供保障，因此对于飞机环境控制系统设计也有好处。