浅说飞机加油时的数值模拟

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一、概述

油箱中不同位置的压力、温度、速度等参数均呈不稳定状态，利用解析法或实验模拟的手段很难进行准确研究，本文利用FLUENT对此进行模拟，分析过程中的参数变化情况。不同型号飞机的油箱结构有所区别，但又具有共同特点。以A320外翼油箱为例，建立二维模型，油箱长1.35米，高度0.7米，在模型中设立两个挡板，以减小燃油的振荡。为了减少静电产生，通常加油管口距离油箱底100-200mm[6]，所以在模拟过程中，假设加油口距离油箱底部0.1m，与水平呈5°角。根据以上要求建立的二维油箱模型，设定一个速度入口，三个压力出口，利用Gambit完成网格划分。根据飞机地面压力加油系统通用规范的相关规定，油箱入口出的速度不能超过3m/s。参考飞机地面压力加油系统通用规范中对于加油时间的规定，选择2m/s、1.5m/s、1.2m/s三个加油速度进行模拟，比较不同情况下油箱内燃油流动状态，选出最为合适的加油速度。

二、模拟及分析

同一时刻，以不同速度进行加油时，油箱内的流体成分轮廓图。对比可以看到，2m/s时流动状态最复杂，飞溅最大；1.2m/s的速度较为理想，但是如果以这样的速度进行加油，则加油时间相对较长，综合考虑，1.5m/s的速度是最优选择。计算1.5m/s速度时，某一时间点的气相折算速度、液相折算速度，对比曼德汉流型图，可以判断该时间点的流型。根据计算得出的气液流速，以及气液相所占比例，可估算出气液流速，得到气相折算速度vsl=0.81m/s、液相折算速度vsg=0.36m/s。依据曼德汉流型图判断，此时的流型属于泡状流。根据气泡流型的特点：两相管流在气泡流型稳定运行时，一般无明显的压力波动，所以可知，在以1.5m/s速度加油时，油箱内无明显压力波动。可以采用这个速度。

三、结论及展望

由于加油过程的复杂性，例如通气系统的边界条件处理等均存在一定困难，有待深入地展开研究。

作者：孙华淼单位：上海浦东国际机场航空油料有限责任公司