飞机座舱送风方式对污染物非稳态传播影响

陈希远，裴春波，杨建忠

1. 中国民航大学 适航学院，天津 300300 2. 中国商飞民用飞机试飞中心，上海 201206

飞机座舱为半封闭且人员密集的狭小空间，舱内乘客很可能通过呼吸、咳嗽等动作将病毒或细菌传播至其他区域，从而对舱内其他乘客的健康造成危害。根据世界卫生组织的报告，在“非典”时期，飞机座舱已成为非典病毒传播的一个主要载体，曾有数据表明，在一架满载的飞机上，一名携带非典病毒的乘客仅在座位上通过呼吸感染了七排座椅之外的其他乘客。因此，适航规章CCAR25.831条款规定，飞机座舱内必须保持足够的新鲜空气供给，从而使舱内空气品质保持在可接受水平。然而，在飞机设计的过程中，增加新鲜空气的供给意味着发动机最大推力的损失和能量的消耗，因此，如何在有限的新鲜空气供给下，通过对座舱送风方式进行合理的优化，从而控制舱内污染物的传播范围并使之在最快时间内排除，已成为现代大型客机座舱环境设计的关键。

近年来随着计算机技术的发展，相关研究人员普遍采用CFD数值模拟技术研究飞机座舱内污染物传播规，Gupta等采用CFD方法在一个满舱的双通道机舱中模拟了颗粒物的传播，研究结果表明咳嗽出的飞沫主要随着整体气流运动，30 s 内飞沫主要在一排内分布，4 min 内逐渐均匀分布在整个机舱中；Yan等采用CO作为示踪气体用于模拟乘客呼吸产生的气态污染物，利用数值模拟的方法计算舱内污染物浓度分布，并将仿真结果和实验结果进行了对比，结果表明座舱内送风形式对污染物分布影响显著； Li等采用CFD数值模拟分别计算了不同送风形式下单通道客舱和双通道宽体客舱内CO分布规律，研究发现由于送风形式会引起舱内流场在不同位置出现涡，涡内通风速度较低并引起污染物聚积，容易导致一种特殊CO“锁定”现象发生；Fiser和Jicha模拟了不同的送风形式对于乘客呼吸区空气龄的影响，认为混合通风在不同室外温度下的综合表现最好；Chen等建立了五排地面模拟实验舱，对比了3种送风方式下座舱内污染物的聚积和扩散特性，不同送风方式下污染物传播规律差异显著，其中混合送风更有利于污染物的扩散，而天花板送风更容易造成污染物的聚积；Li等研究了不同涡结构下的气态污染物传播规律，研究结果表明客舱内流场结果呈现出多样性，在处在这种复杂的空间内，污染源位置的微小差异(10 cm)即可导致污染物浓度场分布迥异。

然而，在以上研究中，均是在稳态计算的前提下研究舱内污染物传播规律，然而真实的座舱内流场是一个低雷诺数、高湍流度的非定常流场，Garner等采用三维超声波风速仪对飞机舱内速度进行测量，发现座舱内风速具有强烈的非定常特性；Bianco和Ebrahimi等通过瞬态模拟发现，对于机舱侧送风的情况，两侧射流交替占主导作用，整个流场在时间和空间上都存在震荡，污染物在这种不稳定流场中传播，会导致舱内乘客的暴露风险的评价更为复杂；Yang等通过大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)的方法，揭示了在飞机座舱过道区域，由于来自舱内两侧舱壁送风口的射流在过道区域碰撞，使得过道区域的流场具有强烈的非定常特性，来自舱内两侧送风口的气流在过道区域交替“占上风”，并形成了一种准周期的左右摆动运动，如此非定常的气流场势必会对舱内污染物的传播造成显著影响。

综上，相关研究人员在采用CFD数值模拟结合实验对飞机座舱内污染物传播规律进行研究时，大多是在稳态流场的前提下研究座舱内污染物的传播规律，而忽略了座舱内流场非定常特性，在少量的文献中虽揭示了座舱内流场的非定常脉动特性，但并未定量地研究舱内流场的非定常特性对污染物传播的影响，尤其是对于不同送风方式下污染物非稳态传播的研究。综上，本文利用等比例地面模拟实验舱，在两种送风方式下进行速度场测量(Particle Image Velocity,PIV)实验，通过对测量的流场进行速度本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)，获取舱内非定常流场信息，并建立对应的模拟舱非定常数值模型，通过与实验结果对比验证模型的正确性，随后，在数值模型中注入污染物并进行非稳态计算，通过对比混合送风、天花板送风两种送风方式下污染物传播路径，得出送风方式对污染物非稳态传播的影响，并进行实验验证，从而为大型客机座舱内空气分配系统设计提供指导。

1 地面模拟舱非定常流场测量实验

1.1 模拟舱中央过道区域速度场PIV测量

实验在等比例地面模拟实验舱中进行，如图1所示，模拟舱实验系统按照B737-200型号飞机座舱进行等比例搭建，模拟舱几何尺寸为4.8 m×3.8 m×2.1 m(长×宽×高)，每排座椅设有6个座位，根据B737-200型号飞机座舱送风系统设计，模拟舱设置了天花板送风、混合送风两种可供切换的送风方式，此外，模拟舱还能实现对送风流量、送风温度等参数的调节。在模拟舱内，送风口均为条缝形状，当处于天花板送风时，仅由位于天花板的送风口向模拟舱供气，两个天花板送风口沿模拟舱顶棚中线对称设置，两股气流分别从两个天花板送风口送出后以相反方向流动；当处于混合送风时，由位于天花板的送风口和侧壁的送风口同时向模拟舱供气，位于侧壁的两个送风口对称分布在模拟舱两侧行李架下方，来自侧壁送风口的气流自送风口送出后先达到行李架底部形成冲击射流，随后沿行李架下方运动。两种送风方式下保证供气总量相等。模拟舱具体工作原理见文献[17]。实验过程中，分别将模拟舱送风方式设为天花板送风和混合送风。根据国内运输类飞机适航标准CCAR25.831条款中规定，飞机座舱为舱内乘客提供的新鲜空气量不得小于每人0.55 lb/min,而适航标准中的数值是考虑到所有极端工况时给出的最低要求，飞机正常运行时座舱内新鲜空气量要远高于此数值。因此，实验中假设模拟舱按照3倍适航标准中规定的通风量送风，即保持模拟舱内送风量为恒定值1 050±30 m/h。

图1 等比例5排模拟实验舱系统Fig.1 Five-row full-scale cabin mock-up experimental system

PIV速度场测量技术能够对大视场内的速度场进行整场测量，已被较为成熟地应用于飞机座舱内流场的研究。实验中的PIV测量系统由Vlite-380双脉冲激光器、CCD相机、同步器和示踪粒子发生器组成。其中激光器最大脉冲激光能量为380 mJ，波长为532 nm，采用三维坐标支架调节激光器片光源照亮被测区域。CCD相机置于模拟舱内部，型号为TSI PowerView Plus 630093，相机分辨率为4 920 pixel×3 288 pixel，相机通过采集很短跨帧时间内两帧激光器片光源照亮的模拟舱内被测区域示踪粒子图像，并通过其自带的分析软件INSIGHT 4G对两帧粒子图像进行分析计算，获得相应的瞬态速度场。同步器为TSI公司的LaserPulse系列，负责控制激光器脉冲发射和CCD相机采集图像同步进行。在示踪粒子发生器中，乙二醇溶液被加热至一定温度后喷出，形成平均粒径为0.3 μm的示踪粒子，为保证示踪粒子与送入座舱的空气充分混合，在送风管道起始端注入示踪粒子，如图2所示。

图2 PIV实验系统Fig.2 PIV experiment system

文献[15]表明，由于来自座舱内两侧送风口的气流在过道区域碰撞并汇集，气流在此处形成一种左右摆动的准周期运动，这样强烈的非定常特性可能会对污染物的传播造成显著的影响，因此，实验中选取模拟舱中间过道区域进行PIV测量，由图3中绿色区域所示，拍摄区域面积为0.95 m×0.6 m。为持续记录模拟舱中间过道区域气流的非定常运动，将PIV的采样频率设为3 Hz，分别在两种送风方式下记录5 min内的过道区域速度场，5 min内共计采集900幅样本。

图3 PIV速度场测量实验中模拟舱中央过道测量区域Fig.3 Middle aisle area of cabin mock-up in PIV velocity field measurement experiment

1.2 模拟舱中央过道区域速度场POD分解

为深入研究湍流的非定常瞬态特征，POD本征正交分解逐渐被引入湍流的研究，其本质是将非线性的湍流速度场分解为若干个POD模态与其对应系数乘积的加和，每个POD模态之间相互正交，且代表不同的能量大小，按照能量从大到小的顺序对POD模态进行依次排列，就可将湍流流场分解为包含不同能量模态的线性加和，且越靠前的模态包含的能量越高，可视为湍流中主导结构，越靠后的模态包含的能量越小，可视为随机脉动。

由于飞机座舱内中央过道区域为高湍流度的非定常流场，在完成对该区域瞬时速度场进行PIV测量后，本文采用POD分析，分别对两种送风方式下模拟舱中央过道区域速度场进行POD分解，即可得到不同送风方式下过道区域能量衰减规律，并结合不同送风方式下污染物传播路径进行分析，从而探索送风方式对污染物非稳态传播的影响机理。

根据PIV实验结果的POD分析采用主流的“快照法(Snapshot)”进行，将每一幅PIV瞬时速度场作为一幅独立的流场快照，首先对采样时间内的全部n幅快照进行时均处理，作为POD分析的第0模态，随后将每幅快照分别减去第0模态，得到与之对应的速度脉动向量为

(1)

在式(1)中，将每一幅流场快照中各点速度与第0模态中对应点速度作差，得到的向量为(，)，向量中下标编号自1开始直到结束，为快照中包含测点的总数，下标自1开始直到结束，为快照的样本总数。在矩阵中，每一列元素代表一幅快照中包含的所有测点速度值，而每一行元素代表某一固定测点处对应的所有快照样本中的速度值。

通过式(1)，构造协方差矩阵为

=

(2)

在此基础上，通过求解式(3)中的特征值与特征向量，其中与分别代表特征值与特征向量，并将特征值按照从大到小的顺序排列，即>>…>=0。

=

(3)

在完成对式(3)中特征值和特征向量的求解后，即可得到流场POD模态:

(4)

在得到流场每一个POD模态后，即可对PIV测量区域气流场进行线性重构，其中，最大特征值对应的POD模态为包含能量最大的模态，即为流场的主导结构。

2 数值模型建立

为研究座舱送风方式对污染物非稳态传播的影响，本文建立模拟舱污染物非稳态数值模型，对模拟舱中央过道区域内流场的数值仿真结果进行POD分解，通过与实验数据对比验证数值模型的正确性，随后在CFD模型中注入污染物，通过仿真对比不同送风方式下污染物传播路径，并结合舱内非定常流场分析结果，得到不同送风方式下舱内非定常流场对污染物传播的影响机理，从而对舱内送风方式设计优化提供指导。

按照地面模拟实验舱几何尺寸建立座舱几何模型并进行网格划分，如图4所示，经过网格独立性检验后选取450万网格进行网格划分，在Fluent中将舱内送风口设为速度入口(Velocity Inlet)，将出风口设为压力出口(Pressure Outlet)。CFD模型边界条件完全按照模拟舱边界条件建立，在模拟舱内采用二维热线风速仪测量模拟舱出风口风速和温度，持续测量10 min并取平均值作为CFD数值模型边界条件，在不同送风方式下保证舱内空气供给量为恒定值1 050±30 m/h，模型中将舱内初始温度和送风温度设为25 ℃，两种送风方式下各送风口速度见表1。

图4 座舱污染物扩散数值模型网格划分Fig.4 Mesh generation of numerical model of cabin mock-up contaminant transport

表1 混合送风、天花板送风速度

根据文献[15]，采用大涡模拟LES Wale流模型模拟舱内瞬态速度场，时间步长为0.01 s，1.1 节实验中对应的中央过道区域速度场模拟结果进行POD分解并与实验结果对比，验证模型的正确性。

舱内乘客打喷嚏、咳嗽带出的污染物呈液滴状，根据文献[16]，其粒径范围约在5～10 μm之间，液滴在空气中的沉降速度可以忽略不计，意味空气对液滴的曳力将远大于液滴自身重力，液滴更容易随空气传播。因此，在模型中采用Fluent中的离散相模型(Dispersed Phase Model, DPM)模拟污染物，将污染物设为液滴，直径设为固定值5 μm，污染物由距离乘客头部50 cm的呼吸区域释放，释放位置为靠近过道座位乘客呼吸区域。

由于舱内流场的非定常特性，不同时间段内流场中污染物的传播轨迹也会不同，为对比不同送风方式对污染物的传播轨迹的影响，本文首先对比了粒子释放频率对污染物传播轨迹的影响，如图5所示，通过计算不同污染物粒子释放频率下(1、3、5、7、9 s)污染物穿越过道传播至过道另一侧所占比例，发现无论是天花板送风还是混合送风，当粒子释放频率达到5 s时，穿越过道传播至另一侧的污染物粒子数在总粒子数中所占比例基本不再随着粒子释放频率的增加而增加，因此，在模型中设置每次仿真计算中共释放200个离散项液滴颗粒，每秒释放5个颗粒，整个释放过程持续40 s，粒子释放初速度为1 m/s。计算完成后，采用后处理软件计算所有颗粒的传播轨迹(Streak Lines)，并将计算结果进行统计分析，分析得到不同送风方式对污染物非稳态传播的影响，每个颗粒运动轨迹的计算公式为

(5)

图5 不同污染物粒子释放频率下污染物粒子穿越过道占比Fig.5 Ratio of pollutant particles crossing aisle at different particle release frequencies

式中:为时间;()代表位移向量;((),)代表速度向量。

3 模拟舱非定常流场特性

座舱内的空气是污染物传播的媒介，只有实现对座舱内空气非定常流动的准确预测，才能准确模拟污染物的非稳态传播规律。为验证CFD模型正确性，将实验和数值仿真中座舱中央过道区域速度场进行POD分解，从而验证数值模型的正确性。两种送风方式下座舱中央过道区域速度场的POD分解结果如图6所示，图中横轴为模态阶数，纵轴为座舱中央过道区域速度场随模态阶数增加对应的能量累积值比例，曲线斜率越大，意味着流场中低阶模态所包含能量越大，当模态阶数达到50阶时，两种送风方式的流场能量均已接近100%，表明前50阶模态足以反映全部的流场信息，更高阶数的流场模态包含的能量极小，可以忽略不计。

从图6中可以看出，两种送风方式下模拟舱中央过道区域速度场实验与数值仿真的POD分解结果吻合良好，表明采用LES湍流模型能够准确预测座舱内气流的非定流动，从而验证了数值模型的正确性。其次，通过对比两种送风方式下座舱中央过道区域速度场POD分解结果，发现随着POD模态阶数增加，混合送风能量累积速度(图6中蓝线)快于天花板送风(图6中红线)，在混合送风方式下，前10阶模态包含了60%的能量，而在天花板送风下，前10阶模态仅包含了40%的能量，表明在混合送风方式下来自舱内两侧送风口的气流在中央过道区域冲撞形成的非定常流场中，低阶模态所包含的能量高于天花板送风。

图6 天花板送风、混合送风下模拟舱中央过道区域流场POD分解结果Fig.6 POD decomposing results of velocity field of middle aisle area in cabin mock-up under ceiling and mixed air supply modes

混合送风和天花板送风方式下模拟舱中央过道区域流场POD分解结果如图7和图8所示。从图中可以看出，在两种送风方式下，随着模态阶数的增加，POD重构的流场均呈现出从“规则有序”到“紊乱无序”的变化规律，这是因为根据POD流场分解理论(1.2节)，低阶模态反映流场中包含能量大的主要结构，而高阶模态反映流场中包含能量小的小尺度结构。

从图7中混合送风方式下1阶模态(图7(a))和2阶模态(图7(b))均可以明显发现来自模拟舱两侧的送风口的气流在中央过道区域相向运动并碰撞，形成左右摆动，意味这在混合送风方

图7 混合送风方式下模拟舱中央过道区域的POD模态Fig.7 POD mode of central area of cabin mock-up under mixed air supply mode

图8 天花板送风方式下模拟舱中央过道区域的POD模态Fig.8 POD mode of central area of cabin mock-up under ceiling air supply pattern

式中，来自两侧送风口并在中央过道区域碰撞的气流包含的能量较高，为流场主导结构；而随着模态阶数的增加，高阶流场呈现出“紊乱无序”特征(图7(c))，表明流场中小尺度所包含能量较低。

在天花板送风方式下，含能量较高的低阶模态同样表现出较规则的流动特征(图8(a)、图8(b))，来自天花板送风口的气流在中央过道区域汇合，形成了明显的竖直向上的运动规律，在气流汇合的过程中伴随着碰撞，致使低阶模态流场中存在轻微左右摆动；而在含能量较低的高阶模态，流场同样呈现出明显的“紊乱无序”特征。

综合分析图6～图8可以得出，在两种送风方式下，在模拟舱中央过道区域汇集并碰撞的气流为包含能量较多的流场主导结构(低阶模态)，因此，流场低阶模态包含能量的大小在一定程度上决定了流场的非定常特性。根据图6结果，混合送风方式下流场能量累积速度快于天花板送风，表明混合送风方式的流场低阶模态所包含的能量高于天花板送风，意味这在混合送风方式下中央过道区域气流汇集碰撞的非定常特性更为显著，这可能导致当过道的一侧存在污染源时，污染物通过非定常摆动的气流穿越过道到达过道另一侧的可能性较大。相比之下，天花板送风方式下，低阶模态流场包含能量小于混合送风，表明来自舱内两侧送风口的气流在中央过道区域形成的左右非定常摆动效应较弱，在过道一侧的污染物穿越过道传播至另一侧的可能性较低。

图9以混合送风为例，选取了不同时刻座舱横截面速度场仿真结果。从图中可以看出，不同时刻下座舱内速度场呈现完全不同的形态，以=87 s时刻为例，来自舱内两侧送风口的气流在中央过道区域碰撞后，右侧的气流暂时“占上风”，左侧的气流受到挤压后向天花板方向运动，右侧气流有穿越中央过道区域进入左半舱的趋势；而在=103 s时刻，来自舱内两侧的气流在中央过道区域呈现较为平衡的对称状态；在=124 s 时刻，左侧的气流又占据“上风”，右侧的气流受到挤压后向天花板方向运动，左侧气流有穿越中央过道区域进入右半舱的趋势。图9不同时刻座舱内速度场显示出了明显的非定常特性，来自舱内两侧的气流在中央过道区域冲撞形成了非定常左右摆动会使在过道一侧的污染物传播至另一侧。

图9 混合送风方式下不同时刻模拟舱内流场仿真结果Fig.9 Velocity field simulation results of cabin mock-up under mixed air supply mode at different time

图10为天花板送风方式下不同时刻模拟舱内速度场。从图中可以看出，在不同时刻舱内速度场同样呈现出明显的非定常特性，自天花板送风口送出的气流受科恩达效应影响，沿模拟舱壁面运动至舱底部，随后在过道中央处汇合，并随时间形成了“左右摆动”的非定常运动。然而，与混合送风方式下模拟舱内流场对比发现，天花板送风方式下舱内中央过道区域流场的非定常效应弱于混合送风方式，这是因为在天花板送风方式下，气流从送风口送出后需运动较长的距离才能到达

图10 天花板送风方式下不同时刻模拟舱内流场仿真结果Fig.10 Velocity field simulation results of cabin mock-up under ceiling air supply mode at different time

中央过道区域，在运动过程中由于能量的耗散，导致两侧气流在中央过道区域碰撞的剧烈程度弱于混合送风，该结果与流场POD分解结果相符。通过对比两种不同送风方式下模拟舱流场POD分解结果和速度场可以猜测，由于混合送风方式下舱内中央过道区域流场非定常特性强于天花板送风，可能会造成污染物的扩散具有更大的随机性，导致污染物的扩散范围更大。

4 污染物传播仿真结果

在对两种送风方式下污染物颗粒传播轨迹进行瞬态计算后，通过分析每个污染物颗粒运动轨迹可得：在两种送风方式下，由于座舱内流场的非定常特性，使得每个污染物颗粒的传播轨迹呈现出较强的随机性和差异性，本文将污染物传播轨迹分为五种类型，如图11中所示，分别命名为A型～E型。在5种传播轨迹类型中，A型和B型中污染物颗粒并没有传播至座舱内过道另一侧区域，仅在单侧区域进行扩散，而在剩余3种传播轨迹类型(C型～E型)中，过道一侧的污染物均通过中央过道区域的非定常摆动流场传播至过道另一侧，这意味着如果在舱内存在带有病菌的乘客，则带有病菌的飞沫将有可能传播至过道另一侧的乘客，从而造成感染。将5种污染物传播轨迹进行横向对比，A型轨迹是较为理想的类型，污染物从污染源产生后直接由距离其最近的排风口排出，造成其他座位处乘客感染的可能性最低；在B型轨迹中，污染物受到送风口气流在座位处形成的涡的作用在单侧座位区传播扩散，可能会造成中间座位及靠窗边座位处的乘客感染； C型～E型轨迹的存在印证了第3节中的结果，即由于来自舱内两侧送风口的气流在中央过道区域碰撞，在能量消耗的过程中形成了具有非定常特性的速度场，使得左右两侧的气流交替挤压并左右摆动，造成在过道一侧的污染物随着中央过道区域气流的非定常摆动扩散至过道另一侧，增大了污染物传播的范围，使得舱内其他位置乘客的感染风险升高。

在分析得到5种污染物传播轨迹类型的基础上，对两种送风方式下不同类型污染物传播轨迹所占的比例进行了统计和对比，对比结果如图12所示。从图中可以看出，在混合送风方式下C～E型污染物传播轨迹所占的比例高于天花板送风，达到了63.5%，这意味着在混合送风方式下，在过道一侧的污染物穿越过道传播至另一侧的概率高于天花板送风，其中E型的传播轨迹占比达到了31.5%，在该类型传播轨迹中，污染物通过中央过道区域气流的非定常摆动，两次穿越中央过道，其传播轨迹长度最长，使得舱内其他乘客受到感染的风险大幅增加。究其本质原因，正是因为在第3节中对两种送风方式下中央过道区域速度场进行POD分解结果中，混合送风方式低阶模态流场包含能量更大，导致中央过道区域速度场非定常摆动特征比天花板送风更为明显。以上结果表明，来自座舱内两侧送风口的气流在中央过道区域碰撞形成的非定常摆动流场，造成了在过道一侧的污染物穿越过道传播至另一侧，增大了其他乘客的感染风险，且来自舱内两侧送风口的气流在中央过道区域碰撞越激烈(流场低阶模态包含能量越大)，该区域流场的非定常摆动特征越明显，污染物穿越过道传播至另一侧的可能性越大。在飞机座舱内气流组织的设计中，为有效缩短污染物的传播路径，应尽可能减小舱内两侧送风口气流在中央过道区域的碰撞，从而削弱中央过道区域速度场的非定常特征。

图11 两种送风方式下污染物传播轨迹的物种类型Fig.11 Species types of pollutant trajectories under two air supply modes

图12 天花板送风、混合送风方式下不同类型污染物传播轨迹所占比例Fig.12 Proportion of different types of pollutant propagation trajectory under ceiling and mixed air supply modes

5 实验验证

为进一步验证验证仿真结果，在模拟舱内采用六氟化硫(SF)气体作为示踪气体模拟污染物进行实验验证。根据文献[16]，由于仿真中将污染物粒径设置为5 μm，在该粒径下，液滴由于重力作用的沉降速度可以忽略。因此，实验中采用示踪气体模拟污染物，从而对仿真中离散相污染物的扩散情况进行验证。

为对比两种不同送风方式下的污染物扩散情况，在天花板送风和混合送风下分别进行实验。两组实验中均将示踪气体发生装置其放置于模拟舱第3排靠近过道的座位上(图13中3C位置)，持续释放SF气体10 min，并通过红外光声气体检测仪(型号为Inova 1412)对模拟舱第3排6个位置的SF浓度进行测量，用来反映污染物在模拟舱内的传播扩散情况，此外，在模拟舱两侧底部排风口对应的两个排风管道中分别布置两个测量点，用来反映污染物的排出路径。为保证结果准确性，共进行5次独立重复实验并取平均值，每次测量持续10 min,实验中模拟舱及排风管道布局如图13所示。

图13 模拟舱内SF6释放位置及监测位置示意图(俯视图)Fig.13 Schematic diagram of SF6 release position and monitoring position in cabin mock-up (top view)

将实验中测量的SF气体浓度进行归一化处理，结果如图14所示，可以看出，在混合送风方式下，3D、3E、3F这3个位置的SF浓度明显高于天花板送风方式下同样3个位置的SF浓度。这样的结果与仿真结果相吻合，和天花板送风相比，混合送风方式下模拟舱中央过道区域的流场非定常特性更为显著，从而引发了该处气流更为剧烈的左右摆动现象，使得污染物(SF气体)穿越过道传播至另一侧的概率明显增大。此外，从图14中还可以发现，在天花板送风方式下，模拟舱左侧排风管道(LD)SF浓度高于混合送风，而右侧排风管道(RD)中SF浓度低于混合送风，表明在天花板送风方式下，更多的污染物通过模拟舱底部左侧排风口排出，而并没有穿越过道，污染物穿越过道区域扩散至另一侧并从过道另一侧排风口排出的概率低于混合送风，仿真结果的正确性得到了验证。

图14 模拟舱不同监测位置处SF6浓度值Fig.14 SF6 concentration values at different monitoring positions in cabin mock-up

6 结 论

1) 通过对两种送风方式下座舱中央过道区域流场进行POD分解，得到了混合送风、天花板种送风方式下该流场区域的非定常特性，并在此基础上对比了两种送风方式下的污染物非稳态传播规律，可以为飞机座舱内送风系统设计提供指导。

2) 就座舱中央过道区域流场的非定常特性而言，相比于天花板送风，混合送风方式下该区域的非定常特性更显著，来自舱内左右两侧送风口的气流在中央过道区域碰撞更剧烈，这样的非定常特性使得来自舱内两侧的气流在中央过道区域交替互相挤压并左右摆动，使得在过道一侧污染物穿越过道传播至过道另一侧的概率高于天花板送风方式。相比之下，天花板送风方式下舱内中央过道区域流场表现出的非定常特性弱于混合送风，因此，在天花板送风方式下，在过道一侧的污染物穿越过道区域传播至过道另一侧的概率较低。

3) 混合送风会使舱内污染物传播范围变大，增加舱内乘客感染的风险;相反，天花板送风时舱内污染物传播范围较小，乘客受到感染风险较低。