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商业飞机通过其环境控制系统(ECS)向座舱内输送经过调节后的空气来为乘客及机组人员提供安全、舒适、健康的座舱环境。中国机场严重的大气污染和较长的飞机地面等待时间导致大量的颗粒物随未经过滤的引气进入并沉积在ECS和座舱内。沉积在ECS内部的颗粒物可能会导致飞机出现性能故障,且座舱内的颗粒物会沉积在座舱壁面形成难看且不易清除的脏污区域。本文目的在于研究飞机ECS及座舱内沉积的颗粒物粒径分布、位置、数量以及沉降机理,提出合理有效的预测模型,为飞机ECS运行及维护提供指导依据。本文主要进行了以下几个内容的研究,1)通过多次实验测量一架退役的MD-82飞机及64趟商业航班飞机ECS进出口处颗粒物浓度的方法,获得了飞机ECS系统内颗粒物总沉降率。2)本文提出了一套基于拉格朗日法预测颗粒物在复杂ECS部件内的颗粒物沉降的CFD计算模型。通过与实验数据的比对,明确了适用于计算ECS复杂部件内颗粒物沉积的湍流模型及近壁面修正方法。利用该计算模型可获得ECS部件内的颗粒物沉积位置及数量的详细信息。3)本研究在多趟商业航班上对不同飞行阶段的舱内颗粒物源散发率进行了测量。根据颗粒物散发率测量数据,本文提出基于CFD模拟计算,同时考虑飞机历史航线和经停机场颗粒物浓度,来预测飞机座舱颗粒物浓度、座舱内壁面颗粒物沉积的计算模型。主要结论:1.飞机ECS中颗粒物沉积严重,PM2.5沉降率约为50%～90%。对于粒径为5μm及以上的颗粒,沉降率大于90%。对于粒径为0.5μm及以下的颗粒,沉降率小于25%。2.建议使用具有近壁面校正的拉格朗日方法的RNG k-ε模型来模拟复杂ECS组分中的颗粒物沉降,模型预测值与实验结果相对误差小于5%。3.在登机和下机阶段比在用餐服务和静坐期间舱内源颗粒物散发率更高。舱内颗粒物散发率季节性变化,冬季最高。4.本文所提出的计算方法能够定量地预测不同季节的不同飞行阶段飞机机舱内颗粒物浓度,估算值和测量值之间的平均相对误差小于15%。5.对于中国污染最严重的飞机,六个月后座舱送风口周围的脏污区域即变得清晰可见,这与送风口设计和座舱气流组织模式非常相关。