Эксплуатационные теплопритоки

Расчет теплопритоков в морозильную камеру

Расчет толщины изоляционного слоя

Расчет морозильной камеры

Стены морозильной испытательной камеры состоят из «сэндвич панелей».

трёхслойных панелей с теплоизоляцией из жёсткого пенополиуретана с коэффициентом теплопроводности k=0.022 Вт/(м^2*К). Обшивка – оцинкованный окрашенный листовой металл толщиной 0.5 мм.

Из опыта расчета холодильных камер коэффициент теплопередачи для испытательной камера с температурой внутри = -30 °C

k˳:= 0.23 Вт/(м^2*К),

Коэффициенты теплопередачи и соответствующие термические сопротивления

Для наружной поверхности: a(н):= 23.3 Вт/(м^2*К) 1/a(н) = 0.043 (м^2*К)/Вт

Для внутренней поверхности:: a(н):= 9 Вт/(м^2*К) 1/a(н) = 0.111 (м^2*К)/Вт

Коэффициенты теплопроводности материалов и их толщина

Стальной лист λ1:= 45.4 Вт/(м*К) δ1:= 0.5 мм

Пенополиуретан λиз:= 0.022 Вт/(м*К)

Толщина изоляционного слоя ограждения

δиз:= λиз * [ 1/kо - [ 1/a(н) + (2 * δ1/ λ1) + 1/a(в) ] δиз = 92.2630 мм

Принимаем толщину изоляционного слоя δиз.д:= 100 мм

Действительное значение коэффициента теплопередачи

k(д):= 1/ ([ 1/ a(н) + (2* δ1/ λ1) + 1/a(в) ] + δиз.д/λиз) k(д) = 0.213 Вт/(м^2*К)

Размеры морозильной камеры:

Ширина: 6 м

Длина: 12 м

Высота: 3 м

А) Теплопритоки через стены.

Площадь поверхности ограждения

F:= 108 м^2

Температура снаружи ограждения

t(н):= 25°C T:=298K

Температура воздуха внутри охлаждаемого помещения

t(в):= -30°C T:=242K

q1:= k(д) * F * (t(н) – t(в)) = 4968, 86 Вт

Б) Теплопритоки через потолок

Площадь поверхности ограждения

F:= 72 м^2

Температура снаружи ограждения

t(н):= 25°C T:=298K

Температура внутри охлаждаемого помещения

t(в):= - 30°C T:=243K

q2:=k(д) * F * (t(н)-t(в)) = 3312, 576

В) Теплопритоки через пол

Площадь поверхности ограждения

F:= 72 м^2

Температура снаружи ограждения

t(н):= 25°C T:=298K

Температура внутри охлаждаемого помещения

t(в):= - 30°C T:=243K

q3:=k(д) * F * (t(н)-t(в)) = 3312, 576

Теплопередача через ограждение:

Qоб = q1 + q2+ q3= 11,613 Вт.

В предложенной модели генератора ЛК воздух для эжектора, осуществляющий транспортировку ЛК и ввод их в поток, берется от ВКС (высотной компрессорной станции). В связи с этим в данной работе нет необходимости рассчитывать теплоприток от воздуха, подсасываемого взамен эжектируемого воздуха.

А) Теплопритоки от освещения

Количество тепла, выделяемого освещением в единицу времени на 1 квадратный метр площади пола принимаем для нашей камеры исходя из необходимости достаточного освещения для работы людей с оборудованием

A:= 108 Вт/м^2

Площадь камеры

F:= 72 м^2

q1:= A * F q1= 7776 Вт

Б) Теплопритоки от пребывания людей

Тепловыделение одного человека при тяжелой физической работе

q:= 350 Вт

Количество людей, работающих в помещении принимаем исходя из необходимости выполнения работы по управлению и контролю оборудования в холодильной камере во время проведения испытаний

N:= 4

q2:= N * q q2= 1400 Вт

В) Теплоприток при открывании дверей

Удельный приток тепла от открывания дверей

B:= 16 Вт/м^2

Площадь камеры

F:= 72 м^2

q3:= B * F q3= 1152 Вт

Г) Теплопритоки от работающих электродвигателей

Мощность электродвигателя льдодробильной установки

N(э):= 7 кВт

Количество работающих электродвигателей

N:= 10 шт.

q4:= N(э) * n q4= 70 кВт

Мощность электродвигателя подачи бруска в льдодробильной установке

N(э):= 3,5 кВт

Количество работающих электродвигателей

N:= 20 шт.

q5:= N(э) * n q5= 70 кВт

Эксплуатационный приток

Q2:= q1 + q2+ q3+ q4 +q5 Q2=150,32 кВт

Суммарные теплопритоки

Q:= Q1+ Q2 Q= 161,93 кВт примем с запасом Q:=170 кВт

Заключение

Данная работа была посвящена анализу существующих методов проведения испытаний авиационных двигателей в условиях обледенения и усовершенствованию системы генерации ледяных кристаллов.

В ходе работы были рассмотрены опасные для самолета климатические условия, а именно: дождь, град, рему, ветер, туман и снег. По результатам анализа, наиболее опасным для авиационного двигателя оказалось обледенение. Широко известны условия классического обледенения. Наименее изученным считается обледенение в смешанной фазе.

Попадание летательного аппарата в атмосферные облака, содержащие ледяные кристаллы, приводит к появлению ледяных наростов на компрессоре двигателя и сопровождается потерей тяги, помпажом, срывом пламени в камере сгорания, заглоханием двигателя, повреждением лопаток компрессора. Облака, содержащие ледяные кристаллы, признаются причиной повреждения авиационных двигателей. В последние годы очевиден рост количества лётных происшествий, связанных с последствиями обледенения на высоте.

Для проверки эффективности защиты двигателя от обледенения должны быть выполнены сертификационные испытания на обледенение, которые являются наиболее сложным видом испытаний авиационных газотурбинных двигателей, как с точки зрения необходимого оборудования, так и сложности требований к испытаниям.

Для проведения климатических испытаний полноразмерного авиационного двигателя в условиях ледяных кристаллов необходимо иметь запас приготовленных кристаллов в бункере или производить непрерывный процесс получения достаточного количества кристаллов во время проведения испытаний. Для получения ЛК необходим льдогенератор. В ходе данной работы были проанализированы и изученные различные виды льдогенераторов с точки зрения возможности применения, недостатков и достоинств, для осуществления генерации ледяных кристаллов. Кроме того, был описан способ генерации ЛК, разработанный в ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова ».

Анализ производился в связи с нормативными требованиями к эффективности противообледенительной защиты двигателей при выполнении полётов в условиях обледенения. Напоминаю, что данные нормативные требования были разработаны на основании выводов, сделанных специалистами международной исследовательской группы.

В результате анализа оказалось, что больше всего для сертификационных испытаний походят снежные пушки, однако, их использование возможно только в зимнее время года. Именно поэтому использование СП в данных целях является крайне не рациональным. Способ генерации ЛК, разработанный в ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», существенных недостатков не имеет, поэтому является подходящим для использования в высотноклиматических испытаниях авиационного двигателя на обледенение. На данный момент стоит задача создания полноразмерной системы для проведения испытаний, которая потребует уже много таких генераторов. В ходе данной работы был проведен расчет такой системы.

По результатам расчета оказалось, что теплопередача через ограждение Q1 = 11,613 Вт, эксплуатационный приток равен Q2=150,32 кВт, а суммарные теплопритоки Q= 161,93 кВт (с запасом Q:=170 кВт).

Литература

1. В. А. Бобков

«производство и применение льда»

2. «Руководство по противообледенительной защите» издание второе – 2000.

3. Жердев А.А., Горячев А.В., Жулин В.Г., Горячев П.А.

Математическая модель процесса фазовых превращений ледяных кристаллов при их движении внутри каналов испытательного стенда и в проточной части газотурбинного двигателя. Вестник МГТУ. Серия Машиностроение, специальный выпуск №1 “Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения”, М., 2013

4. Авиационные правила, часть 33. Нормы лётной годности двигателей воздушных судов, п.33.68 (а*), Международный авиационный комитет, 2011.

5. Антонов А.Н., Горячев А.В. Основы расчета, конструирования и испытаний противообледенительных систем авиационных газотурбинных двигателей. М., ЦИАМ, 2000.

6. Янвель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха.

7. Напалков Г.Н. Тепломассоперенос в условиях образования инея. – М.: Машиностроение, 1983.

8. Mixed-Phase Icing Conditions: A Review, Final Report. James T. Riley. DOT/FAA/AR-98/76, December 1998.

9. The Ice Crystal Weather Threat to Engines. Jeanne Mason. Boeing Commercial Airplanes, 2007.

Дата добавления: 2014-10-17