客机通风与再循环系统仿真模型的开发

在设计飞机生命支持系统的过程中，对客舱内杂质和湿度分布的评估起着关键作用。这项工作致力于创建通风和空气再循环系统的模拟模型，重点是分析二氧化碳和水蒸气积累的动力学。该模型再现了Superjet100飞机机舱在23°C固定温度场下的几何和流动特性。

模型结构和参数

模型的几何部分将内部表示为十八个体积（恒定体积室）的顺序连接每个行之间都有一个横截面 .

入口罐模拟已经为机舱准备的空气，因此它具有30％的相对湿度，co₂的初始质量分数等于0.0004和23°C的温度。

每个室中的杂质来源模拟了四个乘客的生命活动：Co₂的质量分数为0.0004rel。单位，水分释放强度为0.04g/s。新鲜空气由0.3kg/s泵供应，排气泵具有相同的流量。再循环回路（30％）由0.09kg/s泵实现，流量返回入口。

热模型被简化—每排座椅（在每个控制体积中）的空气温度被认为稳定在23°C。

engee.open( "$(@__DIR__)/" * "cabin_air_recirculation_model.engee");

在温度源之后增加了具有非常高热导率的阻尼对流单元。

此外，所有泵都禁用了等熵操作会计模型，以便它们在泵送期间不计算空气加热。

模拟结果

我们将获得模型执行的数据:

data = engee.run( "cabin_air_recirculation_model" );

让我们构建图表:

co2_content = collect(data["杂质"]);
humidity = collect(data["湿度"]);

plot(
    plot( co2_content.time, reduce(hcat, co2_content.value)', title="二氧化碳含量",
    label=["第一排" "第6排" "第10排" "第14排" "第18行"], lw=3, xlabel="时间，从", ylabel="CO2的质量分数"),
    plot( humidity.time, reduce(hcat, humidity.value)', title="机舱内的湿度", label=false, lw=3,
    xlabel="时间，从", ylabel="相对湿度"),
    guidefont=font(8)
)

在10,000秒（约2.8小时）的时间间隔内进行的模拟表明，co₂浓度在2000秒后达到稳态。

第一行前Co2的质量分数稳定在0.00076（0.76g/kg），第十八行后—0.0015（1.5g/kg），其对应于0.1％的体积浓度并且在卫生标准的范围内。

系统中的相对湿度在第一排达到30%，在最后一排达到27%，这证实了所选择的水分释放速率的充分性。

结论

所创建的通风和再循环系统的模拟模型使得能够以工程任务可接受的精度预测乘客舱中的气体成分。开发的兴趣在于探索各种场景（乘客数量的变化，再循环的比例，空调系统的参数）的可能性，而无需现场实验的成本。所提出的公式提供了预期浓度的保守估计，可用于气体成分系统的初步设计。