淺說飛機加油時的數值模擬

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一、概述

油箱中不同位置的壓力、溫度、速度等參數均呈不穩定狀態，利用解析法或實驗模擬的手段很難進行準確研究，本文利用FLUENT對此進行模擬，分析過程中的參數變化情況。不同型號飛機的油箱結構有所區別，但又具有共同特點。以A320外翼油箱為例，建立二維模型，油箱長1.35米，高度0.7米，在模型中設立兩個擋板，以減小燃油的振蕩。為了減少靜電產生，通常加油管口距離油箱底100-200mm[6]，所以在模擬過程中，假設加油口距離油箱底部0.1m，與水平呈5°角。根據以上要求建立的二維油箱模型，設定一個速度入口，三個壓力出口，利用Gambit完成網格劃分。根據飛機地面壓力加油系統通用規范的相關規定，油箱入口出的速度不能超過3m/s。參考飛機地面壓力加油系統通用規范中對于加油時間的規定，選擇2m/s、1.5m/s、1.2m/s三個加油速度進行模擬，比較不同情況下油箱內燃油流動狀態，選出最為合適的加油速度。

二、模擬及分析

同一時刻，以不同速度進行加油時，油箱內的流體成分輪廓圖。對比可以看到，2m/s時流動狀態最復雜，飛濺最大；1.2m/s的速度較為理想，但是如果以這樣的速度進行加油，則加油時間相對較長，綜合考慮，1.5m/s的速度是最優選擇。計算1.5m/s速度時，某一時間點的氣相折算速度、液相折算速度，對比曼德漢流型圖，可以判斷該時間點的流型。根據計算得出的氣液流速，以及氣液相所占比例，可估算出氣液流速，得到氣相折算速度vsl=0.81m/s、液相折算速度vsg=0.36m/s。依據曼德漢流型圖判斷，此時的流型屬于泡狀流。根據氣泡流型的特點：兩相管流在氣泡流型穩定運行時，一般無明顯的壓力波動，所以可知，在以1.5m/s速度加油時，油箱內無明顯壓力波動。可以采用這個速度。

三、結論及展望

由于加油過程的復雜性，例如通氣系統的邊界條件處理等均存在一定困難，有待深入地展開研究。

作者：孫華淼單位：上海浦東國際機場航空油料有限責任公司