飛機(jī)液冷系統(tǒng)的流量測(cè)量及計(jì)算

崔永龍+施紅+陳常棟

摘要： 飛機(jī)液體系統(tǒng)由于其高換熱系數(shù)、較高的冷卻效率及穩(wěn)定的工作能力將成為現(xiàn)代高性能飛機(jī)的電子設(shè)備散熱的必然。國(guó)內(nèi)飛機(jī)液冷系統(tǒng)的研究剛剛起步，技術(shù)尚不完善，為了研究液冷系統(tǒng)的性能進(jìn)而需測(cè)量系統(tǒng)管路的流量，而目前盡管地面系統(tǒng)涉及的液體流量測(cè)量方法較多，但由于設(shè)備體積較大難以在飛機(jī)上實(shí)施。另外，由于軍事保密等原因，國(guó)外的相關(guān)報(bào)道甚少。鑒于上述原因，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的飛機(jī)液冷系統(tǒng)流量的測(cè)量方法迫在眉睫。據(jù)此，本文提出了一種可用于飛機(jī)液冷系統(tǒng)測(cè)量的測(cè)量方法，其考慮了飛行加速度對(duì)流量測(cè)量的影響。同時(shí)，以彎管為例，通過(guò)數(shù)值模擬的方法，獲得了彎管壓降的無(wú)量綱關(guān)系式。論文的研究成果將為飛機(jī)液冷系統(tǒng)流量的測(cè)量和計(jì)算提供技術(shù)參考。

Abstract： Aircraft liquid system， due to its high heat transfer coefficient， high cooling efficiency and stable working ability， will become the necessity for cooling of electronic equipment of modern high-performance aircraft. Domestic aircraft cooling system research has just started and the technology is not perfect， so in order to study the performance of the liquid-cooled system， it is necessary to measure the flow of the system piping. At present， although the methods of measuring the liquid flow in the ground system are more， they are difficult to implement on the plane due to large equipment volume. In addition， due to military secrecy and other reasons， there are few foreign reports. In view of the above reasons， it is imminent to provide a simple and easy flow measurement method of aircraft air cooling system. Accordingly， this paper presents a measurement method that can be used in the measurement of aircraft cooling system， which takes into account the impact of flight acceleration on flow measurement. At the same time， taking the elbow as an example， through the numerical simulation method， the dimensionless relation of the pressure drop of the elbow is obtained. The research results of this paper will provide technical reference for the measurement and calculation of the flow rate of aircraft cooling system.

關(guān)鍵詞： 加速度；流量；彎管；無(wú)量綱

Key words： acceleration；flow；elbow；dimensionless

中圖分類號(hào)：V241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）15-0085-04

1 背景及現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，航空裝備發(fā)生了巨大的變化，機(jī)載電子設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電子艙熱載荷急劇增加，它所產(chǎn)生的熱負(fù)荷已從原來(lái)的幾千瓦增大到幾十千瓦。這些電子設(shè)備工作時(shí)，一方面除了發(fā)射出少量功率以外，70%～90%的輸入功率都轉(zhuǎn)變成了熱量；另一方面，隨著電子器件向集成化、小型化發(fā)展的趨勢(shì)，電子設(shè)備功率增大、封裝密度增大、體積縮小，導(dǎo)致電子設(shè)備的熱流密度急劇上升。如果這些熱量不能及時(shí)得到冷卻，將直接影響電子設(shè)備的正常工作，甚至引起電子設(shè)備的破壞。因此，解決大功率、高熱密度下機(jī)載電子設(shè)備的冷卻是特種飛機(jī)環(huán)境控制中的一個(gè)十分關(guān)鍵的問題，也是特種飛機(jī)完成使命的一個(gè)重要保證。然而，傳統(tǒng)的空氣冷卻面臨多種問題：首先是發(fā)動(dòng)機(jī)不能提供過(guò)大的引氣量；其次，空氣冷卻管路在電子設(shè)備內(nèi)部難以布置；另外，空氣作為冷卻介質(zhì)不能滿足高熱流密度換熱的要求。而液體由于其換熱系數(shù)和比熱遠(yuǎn)比空氣大，液體冷卻系統(tǒng)具有較高的冷卻效率及穩(wěn)定的工作能力。因此，液體冷卻系統(tǒng)用于現(xiàn)代高性能飛機(jī)的電子設(shè)備散熱成為必然。

液冷系統(tǒng)的主要特性參數(shù)除溫度和壓力以外，制冷液的流量也是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，它的獲得主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量。傳統(tǒng)的液體流量測(cè)量方法有很多，但在飛機(jī)上實(shí)施有一定的難度，存在泄漏、受飛行工況制約等諸多不利因素，因此必須尋找一種安全可行的測(cè)量和標(biāo)定方法。

鑒于上述原因，本文提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的飛機(jī)液冷系統(tǒng)流量的測(cè)量方法，并通過(guò)修正系數(shù)法對(duì)液冷劑的流量進(jìn)行修正標(biāo)定。同時(shí)，基于CFD技術(shù)，對(duì)彎管的壓降進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得了彎管數(shù)值計(jì)算的無(wú)量綱關(guān)聯(lián)式。上述研究成果為飛機(jī)液冷系統(tǒng)流量的測(cè)量和計(jì)算提供技術(shù)參考。