CC BY
25Проинтегрировав и проанализировав полученные результаты [2], установили, что показатели численного интегрирования (рис. 2) хорошо согласуются с результатами гидравлических экспериментов, проведенных на специально спроектированной экспериментальной установке, конструктивные и режимные параметры которой имели широкий диапазон изменения [3].
р. М] ];1
0,40
0,7?
— = 8-10"V % <аЛ " 733 рад' с v =eotMtrV / с —О-
ол =7 524рад'е V = 420-10 Si* 'С
/ __ —X-
__----- —/tv-
В, = 314 V = 250 рад1 с lO^w'ic
Рис. 2. Распределение статического давления по радиусу торцовой щели с нормальным зазором ¿1 = 2 мм при варьировании угловой скорости вращения диска и расхода рабочей жидкости в сравнении с эмпирическим данными ©, X, Д
2724
2708
2692
2676
z, = 2.5 мм
V
\ \ V
z, - 0,5 мм /\ 1.5 мм /
\
200
400
600
7*106,м3/с
Рис. 3. Расчетная характеристика изменения осевой силы в зависимости от расхода рабочей жидкости и величины нормального зазора
Как показала расчетная характеристика изменения осевой силы в зависимости от расхода рабочей жидкости и величины нормального зазора (рис. 3), небольшие отклонения величины нормального зазора приводят к значительным отклонениям величины осевой силы, что может привести к нерасчетному режиму работы вплоть до отказа турбонасосного агрегата ЖРД.
Таким образом, характер распределения давления по радиусу щели имеет первостепенное значение при вычислении интегральной величины осевой силы, которая определяет ресурс работы турбонасосного агрегата, а вязкое трение рабочей жидкости о поверхность диска создает момент сопротивления, который снижает КПД турбонасосного агрегата ЖРД в целом.
Библиографические ссылки
1. Овсянников Б. В., Краев М. В., Черваков В. В. Теория и расчет турбомашин : учеб. пособие / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. 224 с.
2. Зуев А. А., Кишкин А. А., Жуйков Д. А., Тол-стопятов М. И. Вращение жидкости над неподвижным основанием по закону твёрдого тела // Вестник СибГАУ. 2011. № 7(40). С. 63.
3. Шлихтин Г. Теория пограничного слоя. М. : Наука, 1969. 744 с.
References
1. Ovsjannikov B. V., Kraev M. V., Chervakov V. V. Teorija i raschet turbomashin : ucheb. posobie / Sib. gos. ajerokosmich. un-t. Krasnojarsk, 2012. 224s.
2. Zuev A. A., Kishkin A. A., Zhujkov D. A., Tolstopjatov M. I. Vrashhenie zhidkosti nad nepod-vizhnym osnovaniem po zakonu tvjordogo tela // Vestnik SibGAU. 2011. № 7(40), str. 63.
3. Shlihting G. Teorija pogranichnogo sloja. M. : Nauka, 1969. 744 s.
© Глушкова Э. Е., Жуйков Д. А., 2013
УДК 629.7.048.7
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ ЦИКЛОВ АВИАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
М. В. Горбачев1, А. П. Иванова2
Новосибирский государственный технический университет Россия, 630073, г. Новосибирск, просп. К. Маркса, 20. E-mail: :[email protected], [email protected]
Разработана методика оценки и анализа термодинамической эффективности действительных циклов подсистем, входящих в состав авиационной системы кондиционирования воздуха с помощью эксергетического КПД. Выполнен анализ влияния исходных параметров
Ключевые слова: авиационная воздушно-холодильная машина, система кондиционирования воздуха, термодинамическая эффективность, эксергетический КПД, реальный цикл.
Решетневскуе чтения. 2013
ESTIMATION OF EFFICIENCY OF IRREVERSIBLE CYCLE OF AIRCRAFT AIR
CONDITIONING SYSTEM
M. V. Gorbachev1, A. P. Ivanova2
Novosibirsk State Technical University 20, K. Marks prosp., Novosibirsk, 630073, Russia. E-mail: [email protected], [email protected]
Methods to analyse thermodynamic efficiency of irreversible cycle of subsystems in a part of aircraft air conditioning system with exergetic efficiency are developed. Analysis of initial parameter impact on thermodynamic efficiency of real cycles is carried out.
Keywords: air-cooling installation, air conditioning system, thermodynamic efficiency, exergetic efficiency, real cycle.
В данной работе для анализа эффективности работы системы кондиционирования воздуха (СКВ) применяется метод анализа термодинамических циклов. В настоящее время в известной литературе имеется ряд работ по анализу обратимого цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационной системы кондиционирования воздуха. Анализ реальных циклов и всей СКВ в целом в настоящее время отсутствует.
Авиационная СКВ представляет собой сложную теплоэнергетическую систему. Структурно из нее можно выделить две основные теплоэнергетические подсистемы генерации холода и тепла. В основе работы каждой из этих подсистем лежат термодинамические циклы [3-5].
На рис. 1 приведена расчетная схема СКВ, которая составлена на основе принципиальной. Данная схема практически реализована на самолете Ту-154 [3-5] и его модификациях. В нее внесены основные магистрали и агрегаты, а также важнейшие линии перепуска рабочего воздуха. Полученная в итоге расчетная схема является основной для разработки алгоритма расчета, и на ней целесообразнее всего моделировать основные расчетные режимы работы. При получении расчетной модели в схеме были выделены узловые точки (пронумерованы) - это сечения между агрегатами СКВ.
вз к , ,|2
0 1^23 .4
>ч>
Рис. 1. Расчетная схема СКВ: ВЗ - воздухозаборник; К - компрессор силовой установки;
АТ - атмосферный теплообменник; УЗ - управляющая заслонка; ГК - гермокабина; ВР - вентилятор рециркуляционной линии; ТХУ - турбохолодильная установка; В - вентилятор; Т - турбина; САРД - система автоматического регулирования давления
Эксергетический баланс [1; 2] применительно к авиационной СКВ дает возможность не только оценить качество полезно используемой теплоты и всех потерь, найденных из теплового баланса, но и выявить потери, которые в тепловом балансе вообще не находят отражения.
Эффективность работы всей СКВ как системы сопряженных циклов, оценивается эксергетическим КПД [3; 4]:
у Д - F™ / ¿з
ГДе FСКВ - ЕСКВ + ЕСКВ + ЕСКВ
^q ~ -^рец ^ -^подм ^ -^ГК
полезно используе-
мый поток эксергии тепла, который представляет собой сумму рециркуляционного, подмешиваемого и потока эксергии в ГК; ЬЗ - работа, затраченная на
сжатие рабочего воздуха в компрессоре силовой установки [3-5].
На рис. 2 приведены зависимости влияния давления за компрессором силовой установки и температуры атмосферного воздуха на эксергетическую эффективность СКВ.
Рис. 2. Влияние давления за компрессором силовой установки на эффективность СКВ
Из приведенных графических данных следует, что зависимости эксергетической эффективности от давления цикла имеет явно выраженный максимум. Следовательно, имеется оптимальный режим работы от давления за компрессором силовой установки.
Таким образом, для увеличения эксергетической эффективности системы кондиционирования воздуха необходимо уменьшать давление рабочего воздуха за компрессором РК, отбираемого от силовой установки, до минимально приемлемого уровня.
В работе разработана методика численного моделирования авиационной системы кондиционирования воздуха. Разработана методика комплексного анализа реальных термодинамических циклов. Данная методика позволяет на основе схемного построения и термодинамического цикла создать математическую
модель и выполнить ее анализ. Представление моделей реальных термодинамических циклов позволяет выполнить комплексный анализ эксергетической эффективности и предложить пути ее повышения.
Библиографические ссылки
1. Бродянский В. М. Эксергетический метод и его приложения. М. : Энергоатомиздат, 1988. 288 с.
2. Бродянский В. М. Эксергетические расчеты технических систем. Киев : Наук. думка, 1991. 360 с.
3. Горбачев М. В. Оценка эффективности цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационной СКВ с помощью «метода циклов» // Научный вестник НГТУ. 2011. № 1 (42). С. 105-116.
4. Горбачев М. В. Эксергетический анализ действительных циклов авиационной СКВ // Научный вестник НГТУ. 2011. № 4 (45). С. 69-80.
5. Дьяченко Ю. В., Горбачев М. В., Пащенко Н. И. Термодинамика циклов авиационных систем кондиционирования воздуха : монография. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2011. 240 с.
References
1. Brodyansky V. M. Exergeticheskyi metod i ego prilozeniya. M. : Enrgoatomizdat, 1988. 288 p.
2. Brodyansky V. M. Exergeticheskie raschety tehnicheskih sistem. Kiev : Nauk. dumka, 1991. 360 p.
3. Gorbachev M. V. Ocenka effectivnosti cikla voz-dyschno-holodilnoi maschini v sostave aviacionnoi CKV s pomoschu "metoda ciclov" // Nauchnyi vestnik NGTU. 2011. № 1 (42). P. 105-116.
4. Gorbachev M. V. Exergeticheskyi analiz deistvitel-nyh ciklov aviacionnoi CKV // Nauchnyi vestnik NGTU. 2011. № 4 (45). P. 69-80.
5. Dyachenko Yu. V., Gorbachev M. V., Paschen-ko N. I. Termodinamika ciklov aviacionnyh system kondicionirovaniya vozdyha: monografiya. Novosibirsk : Izdatelstvo NGTU, 2011. 240 p.
© Горбачев М. В., Иванова А. П., 2013
УДК 629.7
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
А. В. Делков, А. А. Ходенков, Ф. В. Танасиенко, А. А. Кишкин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: [email protected]
Рассматривается моделирование тепловых и гидравлических процессов в контуре активной системы терморегулирования космического аппарата. Описывается процесс построения математической модели контура. Приводятся результаты расчетов по модели.
Ключевые слова: система терморегулирования, математическая модель.
SIMULATION OF THE THERMAL CONTROL SYSTEM OPERATING PROCEDURE
OF SPACECRAFT
A. V. Delkov, A. A. Hodenkov, F. V. Tanasienko, A. A. Kishkin
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: [email protected]
The paper considers modeling of thermal and hydraulic processes in the circuit of active thermal control system of the spacecraft. The process of a mathematical model constructing of the circuit is described. The results of model calculations are provided.
Keywords: thermal control system, mathematical model.
Разрабатываемые системы терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА) систем связи осуществляют переброс тепла с поглощающей радиационной панели на излучающую гидравлической тепловой связью, использующей теплоемкостный механизм, что существенно увеличивает массу КА за счет массы жидкого хладагента в контуре. Использование фазового перехода современных пассивных тепловых труб, основанных на капиллярном эффекте, имеет ограничения по мощности теплосъема.
При растущих мощностях КА целесообразно применение двухфазной СТР с активной насосной подачей компонентов (рис. 1).
Вследствие переменных нагрузок данная система является динамической с изменяющимися в рабочем процессе параметрами. Для получения ее характеристик с учетом всех особенностей необходим эмулятор, основанный на математической модели. Для данной системы была построена математическая модель, которая включает в себя отдельные системы уравне-
