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环境温度对APU通风冷却系统引射冷却性能的影响

刘大  唐宏刚  李传鹏  唐力  
【摘要】:民用飞机辅助动力装置(Auxiliary Power Unit,缩写为APU)用于为飞机提供电源和气源,主要在地面时使用。为了将APU和它的附件产生的热载荷排出舱外,APU需设计有通风冷却系统。目前新型APU均采用引射冷却的方式,利用APU排气引射器产生的引射能量,将外界冷却空气从冷却管道进口引入APU舱,对APU进行冷却后,再经过排气管排出机外。本文对民机用辅助动力装置(APU)通风冷却系统进行合理简化,建立了计算模型,并运用Fluent商用软件对地面工作情况下APU通风冷却系统进行了数值模拟。通过计算流体力学(CFD)计算,得到了APU通风冷却系统的流场。从APU通风冷却系统的流场可以看出,由于冷却空气流在排气管进口截面处速度不断增加,在排气管进口附近形成一个低压区。正是该低压区的存在使得通风冷却系统同外界环境存在压差,驱动冷却气流不断从通风冷却口流入APU舱。通过改变环境温度,本文研究了环境温度对APU通风冷却系统引射冷却性能的影响。研究表明:当APU尾喷口射流参数不变时,随着环境温度的不断增大,APU舱内温度也逐渐升高,同时引射流量比逐渐减小,通风冷却系统的引射冷却性能急剧恶化。究其原因,在于APU射流同冷却空气流的掺混效果随环境温度升高而逐渐减弱,使得APU射流的动量和能量不能有效传递给低速流,减弱了APU射流的引射抽吸作用,因此冷却空气流流量不断减小,引射流量比随之减小。据此选取环境温度40℃(T0=313.15k)时的APU通风冷却系统流场,可得到最恶劣情况下APU排气管的温度分布情况:排气管壁面温度沿排气管出口方向不断升高,排气管后端部分温度超过了400℉,需考虑根据具体的飞机尾部构型进行隔热,以保证排气系统表面温度处于安全的范围以内。

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