[发明专利]基于CFD技术的飞机空气循环制冷系统的模拟分析系统

说明书

本发明公开了一种基于CFD技术的飞机空气循环制冷系统的模拟分析系统，包括：模型建立模块，用于建立飞机空气循环制冷系统的几何模型；区域设定模块，用于划分并设定控制区域；边界设置模块，用于设置边界条件；网格划分模块，用于划分网格；方程建立模块，用于建立非稳态控制方程，以制冷系统内部的工质气体空气为对象，分别对气体区域和多孔介质区域建立控制方程；数值求解模块，用于进行数值求解；结果分析模块，用于分析模拟结果，预测飞机空气循环制冷系统的制冷性能。本发明通过分析制冷系统内部的温度场、压力场和流场分布，深刻理解制冷系统内部的运行机制和流体特性，对于飞机空气循环制冷系统的设计优化具有重要意义。

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种基于CFD技术的飞机空气循环制冷系统的模拟分析系统。

背景技术

飞机上的空调系统分为四个子系统：制冷系统、温度控制系统、空气分配系统和增压控制系统。其中最重要的便是制冷系统，而制冷系统的核心就是空气循环制冷机。目前世界上在飞机制造和研发上最具有竞争力的两家公司分别为美国波音公司和欧洲的空中客车公司。表1总结了波音飞机和空客飞机所采用的空气循环制冷机形式。目前应用最为广泛的飞机空气循环制冷机采用三轮或四轮升压式高压除水循环系统，拥有较强的地面制冷能力，并且保持了供气压力小和节省功率的优点。而最新的波音787飞机中的空气循环制冷机采用了电驱动四轮升压式高压除水制冷系统，取消了发动机引气，大量节省民用飞机的能耗，从而降低发动机燃油消耗。

表1国际上民用大飞机座舱采用的空气循环制冷机形式

对于国内而言，以目前我国环境控制附件的研制水平，决定了空气循环制冷机只能采用发动机两级引气和三轮升压式高压除水系统。作为我国第一款拥有自主知识产权的民用飞机ARJ21-700飞机，其空气制冷机就是采用了该循环制冷系统。而对于我国首款按照最新国际适航标准，具有自主知识产权的干线民用飞机C919，其引气系统仍然采用了发动机引气方式，与国外最先进的技术相比仍存在一定的差距。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出了一种基于CFD技术的飞机空气循环制冷系统的模拟分析方法及模拟分析系统。

本发明采用商业计算流体软件Fluent建立飞机空气循环制冷系统的二维计算模型，进行数值模拟，预测制冷系统的制冷性能。进一步地，分析制冷系统内部的温度场、压力场和流场分布，为实用高效制冷系统设计提供理论和实践应用的依据。

本发明基于CFD技术的飞机空气循环制冷系统的模拟分析方法包括以下步骤：

步骤一：建立飞机空气循环制冷系统的几何模型；

步骤二：划分并设定控制区域；

步骤三：设置边界条件；

步骤四：划分网格；

步骤五：建立非稳态控制方程，以制冷系统内部的工质气体空气为对象，分别对气体区域和多孔介质区域建立控制方程；

步骤六：进行数值求解；

步骤七：分析模拟结果，预测飞机空气循环制冷系统的制冷性能。

本发明中，进一步地，结合观测飞机空气循环制冷系统内部温度场、压力场和流场的分布，可以分析制冷系统的运行机制和流体的流动状态。

本发明模拟分析方法，具体步骤如下：

所述步骤一：建立飞机空气循环制冷系统的几何模型，该模型为二维CFD模型，包括预冷器1、调节阀2、一次热交换器3、压缩机4、二次热交换器5、膨胀机6、水分离器7、单向阀8、混合室9。