机载液冷系统仿真研究与管路设计

发布时间：2017-09-07 03:21

  本文关键词：机载液冷系统仿真研究与管路设计

  更多相关文章： 液冷系统 燃油系统 Simulink 限流环 系统仿真

【摘要】：随着航空事业的不断发展,机载电子设备的数量和功率不断增加,同时电子设备集成化导致其热流密度越来越高。空气循环冷却系统已难以单独满足航电系统的要求,液体冷却系统凭借其较高的冷却效率得到广泛应用,同时机载燃油以其高比热和高储量的优点成为系统的热沉的重要组成。此外,机载电子设备的结构形式由集中式逐渐向分布式过渡,由此带来的多支路的流量分配问题成为液冷系统设计中的重要问题。本文以机载液体冷却系统和燃油系统为研究对象,主要围绕以下内容开展工作:(1)在MATLAB/Simulink仿真平台上建立了液冷系统常用部件及工质的仿真模型。对工质的物性参数分析后选择65号冷却液作为液冷系统的工质,同时对各部件特性分析后进行了选型设计。(2)基于MATLAB/Simulink仿真平台,搭建了燃油系统的仿真模型,对典型飞机热设计条件下各油箱的温度变化规律进行了分析,同时计算了飞行高度、飞行速度、太阳辐射强度、液冷系统热载荷对主供油箱燃油温度的变化情况的影响。结果表明飞行高度越高,燃油温度越低;飞行速度越高,燃油温度越高;太阳辐射强度的增大或液冷系统热载荷的增加均会导致燃油温度的升高。(3)使用计算流体力学的方法对流量分配中使用的限流环进行了数值仿真,对限流环孔径比和厚度、冷却液流量对限流环阻力特性的影响进行了研究。结果表明限流环的阻力系数随着限流环的孔径比增加而减小,随着限流环的厚度的增加而减小;限流环的阻力损失随着冷却液流量的增加而增加。(4)在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了液冷系统与燃油系统的耦合仿真模型。通过耦合模型的动态仿真得到了不同工况下系统的流动特性和传热特性。同时分析了系统布局、飞行高度以及飞行马赫数对系统的影响。计算结果表明:在不同的工况条件下各支路流量按照电子设备热负荷进行分配;新布局可以延迟电子设备过热出现的时间点;对于给定的飞行状态和工作状态,可以通过改变系统布局有效降低系统温度;对于相同工作状态,飞行高度的降低和飞行马赫数增大均会导致系统温度的上升。
【关键词】：液冷系统 燃油系统 Simulink 限流环 系统仿真
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V245.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 液冷系统简介15-16
• 1.2 液冷系统研究现状16-17
• 1.3 机载燃油热管理研究现状17-19
• 1.4 系统仿真技术19-20
• 1.5 本文的主要工作20-21
• 第二章 液冷系统部件及工质建模21-41
• 2.1 液冷系统常用工质21-24
• 2.1.1 RP-3 燃油22
• 2.1.2 65 号冷却液22-23
• 2.1.3 空气23-24
• 2.2 管路24-32
• 2.2.1 沿程能量损失24-26
• 2.2.2 局部能量损失26-32
• 2.3 储液罐32-33
• 2.4 增压泵33-34
• 2.5 冷板34-36
• 2.6 燃油换热器36-39
• 2.7 过滤器39
• 2.8 控制元件39-40
• 2.9 本章小结40-41
• 第三章 燃油温度数值分析41-63
• 3.1 油箱传热的数值模型41-45
• 3.2 燃油系统热仿真计算45-57
• 3.2.1 系统描述45-46
• 3.2.2 仿真条件46-47
• 3.2.3 仿真结果与分析47-57
• 3.3 燃油系统影响因素分析57-62
• 3.3.1 定飞行条件下主供油箱燃油温度的特性分析57-58
• 3.3.2 飞行高度对主供油箱燃油温度的影响58-59
• 3.3.3 飞行速度对主供油箱燃油温度的影响59-60
• 3.3.4 太阳辐射强度对主供油箱燃油温度的影响60-61
• 3.3.5 液冷系统热载荷对主供油箱燃油温度的影响61-62
• 3.4 本章小结62-63
• 第四章 限流环的数值仿真计算63-72
• 4.1 控制方程及计算方法63-65
• 4.1.1 控制方程63-64
• 4.1.2 湍流模型64-65
• 4.1.3 边界条件及参数设置65
• 4.2 算例验证65-68
• 4.3 限流环阻力特性仿真研究68-70
• 4.3.1 孔径比对限流环阻力特性的影响68-69
• 4.3.2 厚度对限流环阻力特性的影响69-70
• 4.3.3 冷却液流量对限流环阻力特性的影响70
• 4.4 限流环SIMULINK仿真计算70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第五章 液冷系统仿真计算72-90
• 5.1 多支路液冷系统仿真建模72-73
• 5.2 多支路液冷系统仿真中的主要问题73-75
• 5.2.1 流量分配问题73-74
• 5.2.2 变工况条件下的系统控制问题74-75
• 5.3 液冷系统静态仿真计算75-77
• 5.3.1 工况1静态仿真计算76-77
• 5.3.2 工况2静态仿真计算77
• 5.4 系统的动态仿真77-86
• 5.4.1 工况1动态仿真计算78-81
• 5.4.2 变工况动态仿真计算81-86
• 5.5 系统影响因素分析86-89
• 5.5.1 系统布局对系统的影响86-87
• 5.5.2 飞行高度对系统的影响87-88
• 5.5.3 飞行马赫数对系统的影响88-89
• 5.6 本章小结89-90
• 第六章 总结与展望90-92
• 6.1 总结90-91
• 6.2 展望91-92
• 参考文献92-95
• 致谢95-96
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 兰江;朱磊;赵竞全;;通用油箱热模型的建模与仿真[J];航空动力学报;2014年07期

2 李妍;陆道纲;曾小康;;适用于大压降小间距管道的节流件设计及分析[J];核动力工程;2013年04期

3 张正明;袁冬莉;吕鹏;;某型无人机液冷装置的实时仿真[J];电子设计工程;2013年15期

4 董进喜;杨明明;赵亮;;电子设备液冷散热的冷却液热学性能分析[J];电子科技;2013年04期

5 娄开胜;;基于半实物仿真的流量分配调节技术[J];电子机械工程;2012年05期

6 关宏山;;某相控阵雷达液冷流量分配系统研究[J];电子机械工程;2011年04期

7 薛浩;王俊延;李世民;;基于遗传算法的综合热能管理系统代偿优化[J];装备环境工程;2010年06期

8 张兴娟;张作琦;高峰;;先进战斗机超声速巡航过程中的燃油温度变化特性分析[J];航空动力学报;2010年02期

9 高峰;袁修干;;高性能战斗机燃油热管理系统[J];北京航空航天大学学报;2009年11期

10 常士楠;袁美名;袁修干;;飞机机载综合热管理系统稳态仿真[J];北京航空航天大学学报;2008年07期

，

本文编号：807115