双通道飞机座舱内置换通风系统的实验研究

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目前的商用飞机采用混合通风模式,即从座舱顶部送风,在侧壁靠近地板附近排风。混合通风意在提供均匀的热环境,以满足乘客舒适需求。然而,混合通风存在污染物交叉传递和引发疾病传播的风险,因此研究人员提出使用置换通风来减少舱内空气的混合,但是常规置换通风系统在座舱内容易形成较大的温度分层,给乘客脚部造成吹风感。现有研究对置换通风系统进行了一些改进,例如仅通过过道地板来供风,或者通过每位乘客座椅下方的风口来供风,但这些系统占据了宝贵的机上空间,且性能未必理想。本研究提出了一种新型置换通风系统,将空调风从过道座椅下方边缘的送风口投向过道,座舱内的空气从座舱顶部排出。本文按照1:1比例,在实验室里搭建了一个采用此通风系统的五排双通道飞机舱段,座舱内布置有35名暖体假人,其尺寸和发热功率都参照真实的人体标准。利用热线风速仪和三维超声波风速仪测量座舱内送风口速度,热成像仪测量座舱壁面和人体表面温度。将SF6作为示踪气体,使用“恒源法”和“衰减法”确定座舱送、排风的通风量。使用风量罩测量座椅下方每个送风口的风量。为获得座舱内的气流场,利用三维超声波风速仪和温度传感器分别测量座舱中心横截面和纵截面上的空气速度分布和温度分布。并利用三维超声波风速仪的测量数据计算了座舱内的湍流强度分布。此外,还从座舱中间排选定的两名乘客口鼻处释放碳酸钙颗粒和SF6示踪气体,在与速度、温度相同的横、纵截面上使用粉尘检测仪测量典型乘客呼吸区的颗粒污染物浓度,使用光声谱气体监测仪测量SF6气体浓度分布。并从速度分布均匀性、温度分布均匀性、排热效率和气体污染物与固体污染物在典型位置呼吸区浓度进行比较分析。速度分布结果显示,送入座舱内的空气自下而上运动,且空气流动速度整体较低,除送风口附近外基本保持在0.1m/s以下,座舱内气流速度分布的不均匀系数为0.545。温度分布结果显示,座舱内平均温度梯度为1.9℃/m(小于2℃/m),温度不均匀指数为0.059,人体头部和脚踝的平均温差在2.5℃以内,没有给乘客带来明显的吹风感。该系统的排热效率为1.459。此外,碳酸钙颗粒和SF6示踪气体浓度表明,乘客呼出的污染物可以被快速排到顶部排气口,并未进入其他乘客的呼吸区。在两个污染源同时释放时,污染物形成的浓度云团不存在交叉重叠。因此,本研究所提出的置换通风比传统的混合通风排污性能更优,对改善客机舱室空气品质和热舒适具有明显的作用。
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