双油箱燃油热管理系统性能分析

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29629

Abstract

Abstract:

With the increase of aircraft thermal load， fuel thermal management has become an important consideration in the design and operation of modern aircraft. This paper establishes a dynamics model of the dual-tank topology fuel thermal management system considering heat loss， presents a management strategy considering heat loss， and evaluates the performance of the system using three indexes： thermal endurance， heat sink utilization efficiency， and waste heat utilization efficiency. Combined with typical examples， the derived dynamics model is verified. Compared with the traditional single-tank topology fuel thermal management system， the dual-tank topology fuel thermal management system can improve the thermal endurance of the system by 36.8%. On this basis， the influence of design parameters of the thermal management system on operation effect is analyzed. The results show that the reduction of the total fuel mass flow rate can enhance both the heat sink utilization efficiency and the waste heat utilization efficiency of the system. If the total capacity of the fuel tank remains unchanged， the appropriate reduction of the capacity of the recirculation tank can improve the thermal endurance of the system. For the example in this article， reducing the recirculation tank capacity by 100 kg will increase the thermal endurance by about 109 s as the total fuel mass flow rate is 1 kg/s. This research can provide reference for the design of aircraft fuel thermal management systems.

Key words: fuel system, dual-tank topology, heat sinks, thermal management system, thermal endurance

CLC Number:

V245

Yuhao WEI, Yuxue GE, Qian ZHAO, Yang PEI. Performance analysis of dual-tank fuel thermal management system[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(14): 129629-129629.

Figures/Tables 17

Fig.1

Fig.2

Fig.3

Table 1

Validation experimental system parameters for single-tank fuel thermal management system［22］

参数	数值
单油箱初始水量/kg	9.45
总质量流率/（kg·s^-1）	0.022 72
水消耗速率/（kg·s^-1）	0.006 05
单油箱初始温度/K	302.15
比热容/（kJ·kg^-1·K^-1）	4.186
$U r A r$ /（W·K^-1）	2

Table 1

Fig.4

Table 2

Validation experimental system parameters for dual-tank fuel thermal management system［22］

参数	数值
再循环油箱初始水量/kg	3.86
储油油箱初始水量/kg	5.184
总质量流率/（kg·s^-1）	0.022 07
水消耗速率/（kg·s^-1）	0.005 4
再循环油箱初始温度/K	302.65
比热容/（kJ·kg^-1·K^-1）	4.186
$U r A r$ /（W·K^-1）	2

Table 2

Fig.5

Table 3

Fig.6

Fig.7

Fig.8

Fig.9

Fig.10

Fig.11

Fig.12

Fig.13

Fig.14

References 24

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参数	数值
单油箱油量/kg	3 050
再循环油箱油量/kg	200
储油油箱油量/kg	2 850
总燃油质量流率/（kg·s^-1）	1
燃油消耗速率/（kg·s^-1）	0.26
各油箱初始温度/K	288
燃油比热容/（kJ·kg^-1·K^-1）	2.01
燃油焦化温度/K	413

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Performance analysis of dual-tank fuel thermal management system

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