載人航天器乘員艙空氣齡分布數(shù)值仿真及試驗(yàn)研究

蘇新明 王晶，2 李西園 張春瑩 裴一飛 郄殿福，2

（1 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）（2 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所可靠性與環(huán)境工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

1 引言

載人航天器乘員艙為航天員提供了生活和休息的空間，由于長(zhǎng)期在軌的要求，為了保證航天員能夠正?；顒?dòng)，通風(fēng)系統(tǒng)要在乘員艙內(nèi)提供均勻的流場(chǎng)分布，并通過(guò)空氣凈化系統(tǒng)不斷補(bǔ)充新鮮空氣。以往對(duì)艙內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)只有風(fēng)速分布，但風(fēng)速大小并不能反映出艙內(nèi)新鮮空氣的供給情況，因此有必要對(duì)新鮮空氣在艙內(nèi)的分布情況開(kāi)展研究，找出新鮮空氣供給較差的位置，對(duì)于評(píng)價(jià)和改善艙內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)有重要作用。

國(guó)外對(duì)于載人航天器乘員艙通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)展了較多評(píng)價(jià)工作，尤其在試驗(yàn)驗(yàn)證方面，如“國(guó)際空間站”（ISS）美國(guó)艙曾在馬歇爾航天中心進(jìn)行了空氣流動(dòng)試驗(yàn)，通過(guò)該試驗(yàn)考核了美國(guó)艙內(nèi)氣體流動(dòng)特性以及空氣品質(zhì)情況［1］。ISS日本實(shí)驗(yàn)艙壓力密封艙（PM）同樣進(jìn)行了通風(fēng)試驗(yàn)，對(duì)艙內(nèi)空氣流速進(jìn)行了分析驗(yàn)證［2］。另外比較典型的是歐洲哥倫布（Columbus）號(hào)實(shí)驗(yàn)艙，技術(shù)人員首先對(duì)該密封艙的通風(fēng)情況進(jìn)行了地面試驗(yàn)，考核了艙內(nèi)流場(chǎng)分布情況［3］，隨后利用示蹤氣體下降法［4］在流速分布較差的位置進(jìn)行了空氣齡試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有些位置的空氣齡是滿足要求的，即新鮮空氣的供給能夠滿足要求，總結(jié)認(rèn)為僅對(duì)載人艙進(jìn)行流場(chǎng)測(cè)量是不充分的，還需要進(jìn)行空氣齡試驗(yàn)。

我國(guó)圍繞載人航天器乘員艙通風(fēng)系統(tǒng)所作的評(píng)價(jià)工作以數(shù)值模擬為主，如付仕明、徐小平等人建立了某型空間站座艙和送風(fēng)設(shè)備的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模型［5］，比較了不同送風(fēng)流量、送風(fēng)方向以及送風(fēng)口布置方式等條件下的艙內(nèi)空氣速度分布情況，結(jié)果表明送風(fēng)方向?qū)α魉俜植加绊戄^大，其中45°送風(fēng)最優(yōu)。鄭忠海、張吉禮等人對(duì)空間站艙內(nèi)側(cè)上送、側(cè)下回對(duì)稱通風(fēng)方式進(jìn)行了不同工況的數(shù)值模擬［6］，結(jié)果表明：當(dāng)自然對(duì)流無(wú)量綱數(shù)Gr／Re2（格拉曉夫數(shù)與雷諾數(shù)平方的比值）小于5時(shí)，忽略重力影響的誤差不超過(guò)5%，45°送風(fēng)時(shí)流場(chǎng)平均流速最大。梁珍、張吉禮等人利用零方程湍流模型，對(duì)載人航天器座艙內(nèi)空氣齡分布進(jìn)行了數(shù)值模擬［7］，考察了3種不同風(fēng)口布置方式，模擬結(jié)果顯示風(fēng)口間隔交錯(cuò)布置的方式最優(yōu)。任建勛對(duì)空間站艙內(nèi)天花板均勻進(jìn)風(fēng)、垂直集中進(jìn)風(fēng)和集中斜進(jìn)風(fēng)三種通風(fēng)方案進(jìn)行了數(shù)值模擬，并進(jìn)行了地面模擬試驗(yàn)［8］。結(jié)果表明垂直集中進(jìn)風(fēng)換熱能力最強(qiáng)，但斜進(jìn)風(fēng)的方式更能滿足人員舒適性要求。上述研究?jī)H以風(fēng)速作為通風(fēng)質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并未充分考核艙內(nèi)局部空間的空氣質(zhì)量。裴一飛、蘇新明等人對(duì)國(guó)內(nèi)外空間站密封艙空氣齡分布數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究進(jìn)展進(jìn)行了調(diào)研，提出了針對(duì)空間站進(jìn)行的密封艙內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)驗(yàn)證試驗(yàn)，不能局限于風(fēng)速分布測(cè)量，還應(yīng)考慮空氣齡分布測(cè)量，這有助于全面考核艙內(nèi)通風(fēng)情況［9］。

本文即利用空氣齡理論對(duì)某載人航天器乘員艙進(jìn)行了空氣齡分布數(shù)值仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證工作，從新鮮空氣供給的角度對(duì)乘員艙通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并驗(yàn)證方法的可行性。

2 空氣齡

空氣齡最早于20世紀(jì)80年代由Sandberg［10］提出，根據(jù)Sandberg的定義，空氣齡是指空氣從入口到達(dá)房間某一位置的時(shí)間，反映了室內(nèi)空氣的新鮮程度。某點(diǎn)的空氣齡越小，說(shuō)明該點(diǎn)的空氣越新鮮，空氣品質(zhì)就越好。

房間中某一點(diǎn)的空氣由不同空氣齡的空氣微團(tuán)組成，因此該點(diǎn)所有微團(tuán)的空氣齡存在一個(gè)概率分布函數(shù)f（τ）和累計(jì)分布函數(shù)F（τ）［11］。如果某點(diǎn)的空氣齡為τ的空氣微團(tuán)在該點(diǎn)空氣中所占的比例分布，即概率分布為f（τ），則有

累計(jì)分布函數(shù)與頻率分布函數(shù)之間的關(guān)系如下：

某一點(diǎn)所有微團(tuán)的空氣齡的平均值就是該點(diǎn)的空氣齡，記為τp，有

房間平均空氣齡是指房間內(nèi)各點(diǎn)空氣齡的平均值，即

式中：V為房間體積。

圖1是房間內(nèi)某點(diǎn)p的空氣齡τp的定義示意圖，圖中τn是房間的名義時(shí)間常數(shù)，表示理論上空氣在房間內(nèi)的最短滯留時(shí)間，其與房間的體積V以及送風(fēng)流量Q有關(guān)，即

在此基礎(chǔ)上可得出房間的換氣效率為

換氣效率是衡量室內(nèi)某點(diǎn)或全室空氣更換效果優(yōu)劣的指標(biāo)［12］，換氣效率高說(shuō)明進(jìn)入室內(nèi)的空氣停留時(shí)間較短，室內(nèi)清潔度高，空氣品質(zhì)較好。不同送風(fēng)方式的換氣效率見(jiàn)表1［13-14］。

圖1 房間內(nèi)某點(diǎn)p 的空氣齡Fig.1 Air age at point pinside the room

表1 換氣效率Table 1 Air exchange efficiency

另外對(duì)于判斷室內(nèi)某點(diǎn)處新鮮空氣的供給程度可通過(guò)比較τp和τn的大小獲得：

（1）若τp≤τn，新鮮空氣供給較好，能夠較快地置換舊空氣；

（2）若τp＞τn，新鮮空氣供給較差，不能夠較快地置換舊空氣。

3 物理模型及數(shù)值仿真

3.1 物理模型

由于我國(guó)還沒(méi)有空間站核心艙的試驗(yàn)件，并考慮到試驗(yàn)研究成本，選用某飛船軌道艙模擬件作為試驗(yàn)對(duì)象，為適應(yīng)空氣齡試驗(yàn)研究對(duì)其進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母脑欤脑旌蟮某藛T艙構(gòu)型如圖2所示，風(fēng)口設(shè)置為頂部?jī)蓚?cè)45°送風(fēng)，底部?jī)蓚?cè)45°回風(fēng)。風(fēng)口間隔對(duì)稱布置，其中送風(fēng)口6個(gè)，回風(fēng)口6個(gè)，風(fēng)口尺寸110mm×190mm，乘員艙總體尺寸為2820mm×1500mm×1500mm，體積為5.85m3，如圖3所示。同時(shí)在本研究中將重點(diǎn)關(guān)注乘員艙橫截面內(nèi)1180mm×1100mm 區(qū)域內(nèi)的空氣齡分布情況，如圖4所示。另外，在圖3、圖4中給出了本次研究的X、Y、Z坐標(biāo)系，其中圖3定義了X、Y平面坐標(biāo)，圖4定義了Y、Z平面坐標(biāo)，坐標(biāo)系原點(diǎn)（0，0，0）位于艙體中心處。

圖2 改造后的乘員艙構(gòu)型Fig.2 Changed configuration of the crew cabin

圖3 乘員艙整體尺寸Fig.3 Whole geometry of the crew cabin

圖4 空氣齡分布關(guān)注區(qū)域Fig.4 Interested area for air age distribution

在物理模型的基礎(chǔ)上開(kāi)展數(shù)值仿真計(jì)算及后續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)證工作，其中數(shù)值仿真使用的計(jì)算模型與物理模型為1∶1關(guān)系，保證了計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可對(duì)比性。

3.2 數(shù)學(xué)方程

對(duì)于乘員艙空氣流場(chǎng)可通過(guò)求解N-S方程［15］得到。本文不考慮溫度變化對(duì)結(jié)果的影響，忽略重力的影響，并認(rèn)為空氣流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)不可壓縮流動(dòng)。因此，空氣的控制方程可表達(dá)為如下形式。

式中：ρ指空氣密度；U是空氣速度矢量，U＝（u，v，w）T；p為靜壓；F為外部質(zhì)量力。

流動(dòng)按紊流流態(tài)計(jì)算，對(duì)于紊流模型則采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，其具體形式參見(jiàn)文獻(xiàn)［15］。

利用數(shù)值方法求解空氣齡已發(fā)展了多年，北京航空航天大學(xué)的莊達(dá)民［16］等人對(duì)空氣齡的輸運(yùn)方程進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)，得出了空氣齡輸運(yùn)方程的穩(wěn)態(tài)解，驗(yàn)證了利用數(shù)值方法計(jì)算空氣齡的正確性，對(duì)此本文不再贅述。穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下艙內(nèi)空氣齡輸運(yùn)方程的表達(dá)式為

式中：τ表示艙內(nèi)空間某點(diǎn)空氣齡；ρ為空氣密度，作為空氣齡控制方程的源項(xiàng)。Γ為擴(kuò)散系數(shù)，有

式中：μ為空氣分子動(dòng)力黏性系數(shù)；μt 為空氣紊流黏性系數(shù)；Sc，Sct分別為Schmidt 數(shù)和紊流Schmidt數(shù)，一般取值為1。

為求解空氣齡輸運(yùn)方程，利用Fluent軟件提供的用戶自定義標(biāo)量方程（UDS）功能［15］，對(duì)空氣齡的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行定義，并添加源項(xiàng)。將空氣齡輸運(yùn)方程添加到Fluent控制方程組中，可以實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)與空氣齡的耦合求解。

3.3 邊界條件

本文分別計(jì)算了2種不同條件工況，邊界條件如表2所示。

表2 計(jì)算工況及邊界條件Table 2 Computation cases and boundary conditions

3.4 仿真結(jié)果

圖5和圖6分別給出了X＝-370mm 截面上兩種工況的空氣齡分布等高線圖，其中數(shù)字表示空氣齡數(shù)值，并用顏色表征空氣齡的分布情況，其中紅色區(qū)域說(shuō)明此處空氣齡數(shù)值較高，藍(lán)色區(qū)域說(shuō)明此處空氣齡數(shù)值較低。圖7和圖8分別給出了X＝0mm截面上兩種工況的空氣齡分布等高線圖。

圖5 工況1，X＝-370mm 截面空氣齡分布Fig.5 Case 1，the air age distribution on the X＝-370mm section

圖6 工況2，X＝-370mm 截面空氣齡分布Fig.6 Case 2，the air age distribution on the X＝-370mm section

圖7 工況1，X＝0mm 截面空氣齡分布Fig.7 Case 1，the air age distribution on the X＝0mm section

圖8 工況2，X＝0mm 截面空氣齡分布Fig.8 Case 2，the air age distribution on the X＝0mm section

由圖5～圖8相互對(duì)比可以看出：送風(fēng)速度為1m／s時(shí)，仿真得出的結(jié)果其空氣齡分布對(duì)稱性較好，在X＝-370mm（見(jiàn)圖5）截面上空氣齡數(shù)值在52s～76s 之間，其中最大值出現(xiàn)在A 點(diǎn)（Y＝275mm，Z＝0mm）位置處。在X＝0 mm 截面上（見(jiàn)圖7）空氣齡數(shù)值在54s～78s之間，其中最大值出現(xiàn)在B點(diǎn)（Y＝275mm，Z＝295mm）位置處；送風(fēng)速度為0.5m／s時(shí)，仿真得到的空氣齡分布對(duì)稱性較差。在X＝-370mm 截面上（見(jiàn)圖6）空氣齡數(shù)值在80.5s～136.5s之間，其中最大值出現(xiàn)在C點(diǎn)（Y＝-550 mm，Z＝590mm）位置處。在X＝0 mm 截面上（見(jiàn)圖8）空氣齡數(shù)值在111.75s～143.25s之間，其中最大值出現(xiàn)在D 點(diǎn)（Y＝-380 mm，Z＝590mm）位置處。

送風(fēng)風(fēng)速為0.5m／s時(shí)，艙內(nèi)空氣齡數(shù)值普遍高于送風(fēng)風(fēng)速1m／s時(shí)的艙內(nèi)空氣齡數(shù)值，說(shuō)明空氣齡的數(shù)值隨著送風(fēng)速度的增加而減小。

根據(jù)式（5）可以計(jì)算出，送風(fēng)速度1m／s時(shí)，乘員艙的名義時(shí)間常數(shù)為46.65s，送風(fēng)速度0.5m／s時(shí)，乘員艙的名義時(shí)間常數(shù)為93.3s。將不同工況下兩個(gè)截面上的空氣齡分布情況與名義時(shí)間常數(shù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種工況條件下，乘員艙重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)的空氣齡值普遍高出了乘員艙名義時(shí)間常數(shù)，說(shuō)明重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)舊空氣被新鮮空氣置換所需的時(shí)間較長(zhǎng)。

經(jīng)計(jì)算，1m／s時(shí)人員區(qū)內(nèi)的平均空氣齡為τ-＝59.7s，由式（6）可以計(jì)算出乘員艙的換氣效率為η＝39.07%；0.5 m／s時(shí)，人員區(qū)的平均空氣齡為τ-＝121.4s，此時(shí)乘員艙的換氣效率為η＝38.43%。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，兩種工況下的換氣效率較低，同時(shí)將兩種工況下的乘員艙換氣效率進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)送、出口風(fēng)口狀態(tài)給定的情況下，送風(fēng)速度增加，一定程度上能夠增大換氣效率。然而，對(duì)于載人航天器，送風(fēng)速度不能無(wú)限增加，因此在一定送風(fēng)風(fēng)速范圍內(nèi)，還需要綜合考慮通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)置，如改變送、出風(fēng)口布局，改變送、出風(fēng)口的送、出風(fēng)角度等。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)仿真分析結(jié)果，工況1（送風(fēng)速度1m／s）艙內(nèi)換氣效率優(yōu)于工況2（送風(fēng)速度0.5m／s）的結(jié)果，因此對(duì)工況1進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

4.1 示蹤氣體下降法

示蹤氣體下降法是指：預(yù)先向乘員艙內(nèi)通入一定濃度的示蹤氣體，待穩(wěn)定后開(kāi)始通風(fēng)，測(cè)量被測(cè)點(diǎn)的示蹤氣體濃度變化過(guò)程［17］?？梢缘玫綔y(cè)量點(diǎn)p處的示蹤氣體累計(jì)分布函數(shù)如下。

式中：Cp（0）表示0時(shí)刻p點(diǎn)處的示蹤氣體濃度，即初始濃度；Cp（τ）表示τ時(shí)刻p點(diǎn)處的示蹤氣體濃度。

根據(jù)式（3）可以計(jì)算出p點(diǎn)的空氣齡為

另外，可用作示蹤氣體的氣體有SF6、CH4和CO2等，因CO2性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒無(wú)害，且易制備，因此在試驗(yàn)中選用CO2作示蹤氣體。

4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)前為了避免壓力及溫度變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響，特設(shè)計(jì)了常壓常溫模擬室，將飛船軌道艙整體安放在模擬室內(nèi)。在乘員艙送風(fēng)口處安裝了風(fēng)速傳感器，用于判斷送風(fēng)速度是否滿足要求，試驗(yàn)風(fēng)速設(shè)置與數(shù)值仿真邊界條件設(shè)置一致，為1 m／s。選用TY-500傳感器測(cè)量CO2濃度的變化情況，利用MIC-2000控制器對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并編寫(xiě)了顯示程序，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上的記錄和讀取，讀取間隔設(shè)置為1s。傳感器測(cè)量范圍為0～5000ppm（工業(yè)中通常用ppm 表示氣體濃度，1ppm＝1ml／m3），精度1ppm，由于傳感器比較笨重，因此試驗(yàn)中將傳感器放置在軌道艙外部，利用小型氣體泵和塑料軟管將乘員艙內(nèi)測(cè)量位置處的氣體吸入到傳感器內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。氣體泵的吸氣速率較低以及塑料軟管的內(nèi)徑較小，因此可忽略由于抽氣對(duì)乘員艙內(nèi)流場(chǎng)的破壞。

試驗(yàn)供氣流程如圖9所示，試驗(yàn)時(shí)先關(guān)閉閥3和閥4，開(kāi)啟閥2，風(fēng)機(jī)工作，艙內(nèi)循環(huán)通風(fēng)。后開(kāi)啟閥1，通入一定濃度的CO2后關(guān)閉閥1，并關(guān)閉風(fēng)機(jī)，使艙內(nèi)CO2良好分布并靜置。最后打開(kāi)閥3和閥4，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，開(kāi)始測(cè)試。

圖9 試驗(yàn)供氣流程Fig.9 Air supply of the cabin

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

在數(shù)值仿真結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，在X＝-370 mm 截面上（Y＝275mm，Z＝0mm）位置和X＝0mm 截面上（Y＝275mm，Z＝295mm）位置處空氣齡數(shù)值較大，因此在試驗(yàn)中重點(diǎn)關(guān)注了上述兩位置處的空氣齡數(shù)值，為了方便敘述，分別將上述位置稱為測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2。

通過(guò)對(duì)2個(gè)測(cè)量點(diǎn)處的CO2濃度變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到CO2濃度隨時(shí)間的變化曲線，如圖10所示。

圖10 2個(gè)測(cè)點(diǎn)CO2 濃度隨時(shí)間變化曲線Fig.10 CO2concentration movement curve at two different spots

根據(jù)式（12）計(jì)算出兩測(cè)點(diǎn)處的空氣齡值，分別為測(cè)點(diǎn)1是75.2s；測(cè)點(diǎn)2是91.2s。兩者均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了乘員艙名義時(shí)間常數(shù)。

5 仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

比較測(cè)點(diǎn)處空氣齡的仿真與試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表3。

從對(duì)比結(jié)果看，測(cè)點(diǎn)1處的空氣齡為75.2s，與仿真結(jié)果偏差1.05%，兩者吻合較好；測(cè)點(diǎn)2 處空氣齡為91.2s，與仿真結(jié)果偏差3.59%，盡管存在一定的偏差，但在可接受的范圍內(nèi)。另外，仿真和試驗(yàn)結(jié)果均說(shuō)明在測(cè)點(diǎn)1 和測(cè)點(diǎn)2 處空氣齡數(shù)值較高，舊空氣被新鮮空氣置換所需的時(shí)間較長(zhǎng)，表明本文乘員艙通風(fēng)系統(tǒng)在采用上送下回、送出風(fēng)口間隔對(duì)稱布置、送出風(fēng)口角度45°設(shè)置時(shí)，1m／s和0.5m／s送風(fēng)速度所對(duì)應(yīng)的艙內(nèi)換氣效率均較低。然而，本文只對(duì)一種送回風(fēng)形式進(jìn)行了仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證工作，對(duì)于乘員艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)該進(jìn)行更多不同送風(fēng)形式及送風(fēng)參數(shù)的計(jì)算及驗(yàn)證工作，比較不同類型通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)劣，得出最優(yōu)方案。在后續(xù)工作中，將著重在此方面開(kāi)展相關(guān)研究工作。

表3 測(cè)點(diǎn)空氣齡仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Table 3 Comparison of simulation and test values of the air age at two different spots

通過(guò)仿真與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，證明了本文所采取的空氣齡驗(yàn)證試驗(yàn)方法是正確的，能夠與仿真結(jié)果取得較好的一致性，表明本文所采用的空氣齡分布仿真及試驗(yàn)方法能夠預(yù)示和測(cè)量空氣齡較差的區(qū)域。在載人空間站通風(fēng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)階段，可對(duì)不同送、出風(fēng)口布局及送、出風(fēng)角度，配合不同的送風(fēng)速度，進(jìn)行仿真分析，通過(guò)比較不同方案下艙內(nèi)的空氣齡分布情況及換氣效率，對(duì)乘員艙的通風(fēng)效果進(jìn)行評(píng)定，得出優(yōu)化的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。隨后，可采用試驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證。這對(duì)提高空間站通風(fēng)系統(tǒng)換氣效率，保障航天員生活品質(zhì)有較大幫助。

6 結(jié)論

本文介紹了空氣齡理論，并對(duì)某乘員艙進(jìn)行了空氣齡分布仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證，將結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，可以得出以下結(jié)論：

（1）乘員艙采取風(fēng)口間隔對(duì)稱的布置方式，其空氣齡分布結(jié)果較差，普遍高于乘員艙的名義時(shí)間常數(shù)，說(shuō)明其通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有待改進(jìn)。

（2）空氣齡測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好，說(shuō)明本文所采取的空氣齡試驗(yàn)方法是正確、可行的，能夠預(yù)示和測(cè)量空氣齡較差的區(qū)域。

（3）對(duì)于乘員艙通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，應(yīng)該嘗試多種送回風(fēng)形式（如送回風(fēng)口布置、送回風(fēng)角度等）和送回風(fēng)參數(shù)（如送風(fēng)速度、送風(fēng)流量）設(shè)置，綜合考量選擇最優(yōu)方案。

本文所提出的方法可為空間站設(shè)計(jì)階段的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與校核提供參考，通過(guò)仿真手段比較不同送、回風(fēng)形式和送風(fēng)參數(shù)情況下空間站乘員艙內(nèi)的換氣效率和空氣齡分布，得出優(yōu)化方案，進(jìn)而進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，這將有助于乘員艙通風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，提高航天員的艙內(nèi)生活品質(zhì)。

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