Optimalizace mikroklimatu v kabinách malých dopravních letadel

Abstract

Disertační práce se zabývá návrhem a optimalizací prostředí v kabinách malých dopravních letadel a to zejména z hlediska tepelné pohody prostředí a kvality větrání. Byly optimalizovány části distribučních systémů vzduchu a konstrukční opatření, která na základě rešerše problematiky a zkušeností autora mohou mít největší vliv na tepelnou pohodu a kvalitu větrání. Zvolené úpravy a jejich vliv na vnitřní mikroklima kabiny byly vyšetřovány pomocí CFD modelu, který byl nejprve validován pomocí výsledků získaných z měření proudových a teplotních polí v maketě kabiny malého dopravního letadla EV-55. Byly vyšetřovány: Optimalizace typu distribuce větracího vzduchu, Optimalizace geometrie distribučních vzduchovodů, Optimalizace tloušťky tepelné izolace a Optimalizace emisivity vnitřních povrchů. Tepelná pohoda byla posuzována na základě metodiky ekvivalentní teploty a diagramu komfortních zón vyvinutých H. O. Nilssonem. Pro posouzení kvality větrání byl použit koncept založený na simulaci indexu stáří vzduchu. Celkem bylo simulováno 50 modelových případů a na základě jejich výsledků byl jako optimální vyhodnocen systém Modifikovaného směšovacího větrání s geometrií vzduchovodů navrženou autorem práce. V kombinaci s vysokým zateplením stěn a vysokou emisivitou interiéru, pak tento systém větrání zajišťuje nejvyšší tepelný komfort a kvalitu větrání pro zkoumaný rozsah okolních a provozních podmínek.The thesis deals with design and optimization of environment in cabins of small transport aircrafts, especially in terms of thermal comfort and quality of ventilation. The design of air distribution systems and structural design were optimized and most important parts of cabin design with highest impact on the quality of thermal comfort and ventilation were identified based on literature research and experience of the author. The chosen modifications and their influence on the microclimate inside the cabin were investigated using the CFD model, which was validated by results obtained from measurements of flow and temperature fields in the cabin mock-up of small transport aircraft EV-55. Next optimizations were investigated: The type of air distribution system, The geometry of ducts of air distribution system, Thickness of thermal insulation and Emissivity of internal surfaces. Thermal comfort was assessed based on the methodology of the equivalent temperature and comfort zones diagram developed by H. O. Nilsson and for assessing the quality of ventilation the concept of based on index of the age of the air was used. Fifty cases were simulated in total and base of its results Modified mixing ventilation with original air ducts geometry have been evaluated as an optimum. The ducts geometry of Modified mixing ventilation system was suggested by author specially for the thesis. In combination with high thermal insulation of walls and high emissivity of the interior, then this system of ventilation ensures maximum thermal comfort and quality of ventilation for the investigated range of environmental and operational conditions.