制冷组件安装区域温度场分析研究及影响

　　0.引言

　　随着全球民用飞机和科技发展，民机的机身结构大量的采用了重量轻强度大的复合材料。航空复合材料的使用降低了飞机重量，节省了飞机油耗，降低了运营成本，实现了低碳环保。但是复合材料遇到高温时会变软，耐热性较差。这就对复合材料周围的环境温度提出了新的要求。制冷组件安装区在中央翼下面的翼身鼓包区，安装区内的高温管路会使局部区域温度过高，对附近的复合材料的结构造成影响。通过增加隔热板设置通风冷却方案可以降低局部温度。

　　1.制冷组件安装区的高温部件

　　制冷组件安装区内的换热器及引气管路的表面温度很高，最高可以达到210℃。表 1 和图 1 是制冷组件安装区的高温部件的表面温度。可以看出每个部件在飞机巡航阶段的温度比地面时候低，因此选择夏天地面热天作为计算分析的极限工况点。

　　2.隔热板材料及属性

　　为了防止机身复合材料被高温部件烫伤，在制冷组件安装区的上方安装一层5mm的玻璃棉绝热材料。玻璃棉可以有效的减少制冷组件安装区向上的传热，保护位于制冷组件安装区上方的中央翼复合材料温度不会过高。玻璃棉导热系数取 0.0652W/m·K。

　　3.外部边界条件

　　4.局部通风冷却

　　为了进一步降低高温部件对机身复合材料的影响，对高温区进行局部通风冷却。靠近中央翼下壁板最近的高温部件是左侧初级换热器进口区域，表面温度达到 210℃。通过安装笛形管装置对此区域进行通风冷却，通风气流对制冷组件上层区域冷却后通过位于安装区后壁板上的排气孔排到起落架舱。通过分析得出增加笛形管通风冷却后，中央翼下壁板局部高温区域降温效果显著。

　　5.传热模型

　　在三维坐标系中的对流换热过程中，流体的速度矢量U 在三个坐标上的分量分别为 u，v，w,压力为 p，流体密度为 ρ。对图 3 中所示的微元体积 dxdydz，应用质量守恒定律、动量守恒定律及能量守恒定律[1]。

　　质量守恒方程：

　　其中：v为流体的运动粘度，λ 是流体的导热系数，Sh为流体的内热源，为由于粘性作用机械能转换为热能的部分。

　　制冷组件安装区的传热模型可以简化成如图2 所示：制冷组件安装区的上面安装有隔热板，隔热板和中央翼之间有结构夹层(用于连接隔热板和中央翼下壁板)。局部通风气流进入制冷组件安装区后，从后壁板排入起落架舱。

　　6.网格划分

　　网格可分为两大类：结构网格和非结构网格。结构网格就是网格拓扑相当于矩形域内均匀网格的网格。为了便于处理物面边界条件，以提高计算精度，常要求结构网格具有贴体性质，即通过坐标变换，使物体的几何边界成为坐标面(线)。非结构网格就是指这种网格单元和节点彼此没有固定的规律可循，其节点分布完全是任意的。