[发明专利]一种飞机水箱防冰保温设计方法

权利要求书

1.一种飞机水箱防冰保温设计方法，包括飞机水箱，其特征在于，所述的飞机水箱为圆柱状，由内至外依次是水箱壁面内层、加热层、中间隔层、真空隔热层、水箱外壁面、保温层；

当加热层停止工作时，水箱内水流静止，在n分钟时间内保证水箱内水温不低于0℃，根据能量守恒，系统在该时间段内损失的热量等于水内能的降低，即可计算出单位管长单位时间的平均热量损失：

Q＝cmΔt_water＝cρπr₁²(t_water,1-t_water,2)＝Φ_lτ

式中：Q为单位管长的水从初始温度降至0℃所释放出来的潜热，J；c为水的比热容，为4200J/(kg·K)；m为单位管长水的质量，kg；ρ为水的密度，为1000kg/m³；r₁为水箱的内半径，m；t_water,1和t_water,2分别为水的初始及结冰温度，℃；Φ_l为单位时间单位管长所传递的热量，W/m；τ为时间，s；

水箱的半径较大，将其视为平壁传热，故其单位面积上传递的热流密度为：

热量从水箱内部的水透过多层壁面传递到外侧的空气中，其传热热阻主要包含：水箱内水与内壁面的对流换热热阻、水箱壁面内层导热热阻、加热层导热热阻、中间隔层导热热阻、真空隔热层辐射换热热阻、水箱壁面外层导热热阻、保温层导热热阻、水箱外空气与外壁面的对流换热热阻，各层传热热流密度的计算方法如下：

(1)水箱内水与内壁面的对流换热

q＝h_in(t_water-t₁)

式中：q为热流密度，即单位面积上的传热量，W/m²；h_in为水与内壁面的对流换热系数，W/(m²·K)；t_water为水箱内水的温度，℃；t₁为水箱内层内壁面温度，℃；

(2)水箱壁面内层的导热

式中：λ₁为水箱壁面内层的导热系数，W/(m·K)；δ₁为水箱壁面内层的厚度，m；t₁、t₂分别为水箱壁面内层内壁面和外壁面的温度，℃；

(3)加热层的导热

式中：λ₂为加热层的导热系数，W/(m·K)；δ₂为加热层的厚度，m；t₃为加热层外壁面的温度，℃；

(4)中间隔层的导热

式中：λ₃为中间隔层的导热系数，W/(m·K)；δ₃为中间隔层的厚度，m；t₄为中间隔层外壁面的温度，℃；

(5)真空隔热层两壁面间的辐射换热

式中：ε为材料的发射率；σ为黑体辐射常数，5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；T₄为真空隔热层内壁面(即中间隔层外壁面)的热力学温度，K；T₅为真空隔热层外壁面(即水箱壁面外层内壁面)的热力学温度，K；

(6)水箱壁面外层的导热

式中：λ₅为水箱壁面外层的导热系数，W/(m·K)；δ₅为水箱壁面外层的厚度，m；t₅和t₆分别为水箱壁面外层内壁面和外壁面的温度，℃；

(7)保温层的导热

式中：λ₆为保温层的导热系数，W/(m·K)；δ₆为保温层的厚度，m；t₇为保温层外壁面的温度，℃；

(8)水箱外空气与外壁面的对流换热

q＝h_out(t₇-t_air)

式中：h_out为空气与水箱外壁面的对流换热系数，W/(m²·K)；t_air为空气的温度，℃；

根据以上这些公式，即可联立求解时得到水箱壁面保温层的厚度；而单位时间面积上所散失的热量q，即为系统在稳定工作时，加热层所需的加热功率。