Главная » 2014 » Июнь » 28 » Скачать Термодинамический анализ циклов систем кондиционирования воздуха. Пащенко, Наталья Ивановна бесплатно
03:22
Скачать Термодинамический анализ циклов систем кондиционирования воздуха. Пащенко, Наталья Ивановна бесплатно
Термодинамический анализ циклов систем кондиционирования воздуха
Диссертация
Автор: Пащенко, Наталья Ивановна
Название: Термодинамический анализ циклов систем кондиционирования воздуха
Справка: Пащенко, Наталья Ивановна. Термодинамический анализ циклов систем кондиционирования воздуха : диссертация кандидата технических наук : 01.04.14 / Пащенко Наталья Ивановна; [Место защиты: Новосиб. гос. техн. ун-т] - Новосибирск, 2010 - Количество страниц: 155 с. ил. Новосибирск, 2010 155 c. :
Объем: 155 стр.
Информация: Новосибирск, 2010
Содержание:
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I Обзор современного состояния и анализ перспектив развития авиационных систем кондиционирования воздуха
11 Назначение авиационных систем кондиционирования воздуха и требования, предъявляемые к ним
12 Источники холодоснабжения авиационных систем кондиционирования воздуха
121 Обратимые циклы воздушно-холодильных машин
122 Обратимые циклы регенеративных воздушно-холодильных машин
123 Обратимые циклы воздушно-холодильных машин со ступенчатым сжатием
13 Обзор схем систем кондиционирования воздуха
Выводы по главе 1
ГЛАВА II Разработка и исследование термодинамической модели идеализированных циклов нерегенеротивной авиационной системы кондиционирования воздуха
21 Термодинамическая модель обратимого цикла воздушно-холодильной машины в составе нерегенеротивной авиационной системы кондиционирования воздуха
22 Термодинамическая модель идеализированного цикла тепло-использующей системы в составе нерегенеративной авиационной системы кондиционирования воздуха
23 Совместные процессы обратного и прямого циклов нерегенеративной системы кондиционирования воздуха
24 Анализ влияния исходных параметров на удельную работу прямого и обратного циклов нерегенеративной системы кондиционирования воздуха
25 Анализ оптимальных условий реализации термодинамического цикла нерегенеративной авиационной системы кондиционирования воздуха
26 Анализ области существования и предельных условий нерегенеративной авиационной системы кондиционирования воздуха
27 Термодинамическая эффективность нерегенератвной авиационной системы кондиционирования воздуха
28 Анализ влияния параметров на расход воздуха, отбираемого нерегенеративной системой кондиционирования воздуха от компрессора
Выводы по главе II
ГЛАВА III Разработка термодинамической модели идеализированных циклов нерегенеративной авиационной системы кондиционирования воздуха ступенчатого сжатия
Выводы по главе III
ГЛАВА IV Разработка термодинамической модели идеализированных циклов регенеративной авиационной системы кондиционирования воздуха ступенчатого сжатия
41 Регенеративная система кондиционирования воздуха с двухступенчатым сжатием по схеме (ТР+ТК+ГК)
42 Термодинамическая модель обратимого цикла воздушно-холодильной машины в составе регенеративной авиационной системы кондиционирования воздуха с двухступенчатым сжатием
43 Термодинамическая модель идеализированного цикла тепло-использующей системы в составе авиационной системы кондиционирования воздуха с двухступенчатым сжатием
44 Совместные процессы обратного и прямого циклов регенеративной системы кондиционирования воздуха с двухступенчатым сжатием
Выводы по главе IV
ГЛАВА V Сравнительный анализ идеализированных термодинамических циклов авиационных систем кондиционирования воздуха
51 Сравнительный анализ области существования авиационных систем кондиционирования воздуха
52 Влияние исходных параметров на термодинамическую эффективность прямого и обратного циклов авиационных систем кондиционирования воздуха
53 Сравнительный анализ термодинамической эффективности авиационных систем кондиционирования воздуха
54 Сравнительный анализ влияния параметров на расходные характеристики авиационных систем кондиционирования
Выводы по главе V
Введение:
Авиационные системы кондиционирования воздуха (СКВ) предназначены для создания в объеме гермокабины нормируемых параметров воздуха f давления, температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения) на определенном уровне с целью создания комфортных условий для экипажа и пассажиров в полете и на земле, а так же обеспечения необходимых режимов работы охлаждаемого бортового радиоэлектронного оборудования. Работа такой системы требует отбора воздуха от компрессора силовой установки, затраты механической энергии на сжатие воздуха, что приводит к увеличению приведенной взлетной массы летательного аппарата JIA. Для уменьшения приведенной взлетной массы JIA необходимо разработка оптимальных режимов работы системы.
Для обеспечения требуемого температурного режима в СКВ формируются горячий и холодный потоки воздуха. Смешение этих потоков позволяет поддерживать требуемый уровень температуры в ГК на всех режимах полета. Таким образом, функционально в авиационной СКВ можно выделить две основные теплоэнергетические системы: систему генерации холода и систему генерации тепла. В основе работы этих систем лежат термодинамические циклы. Работа первой системы основана на обратном термодинамическом цикле - цикле воздушно-холодильной машины (АВВХМ). Работа второй системы - на прямом термодинамическом цикле - цикле теплоиспользующей системы (ТИС). Работу СКВ можно рассматривать как результат совместной работы этих циклов.
Следует отметить, что в термодинамическом анализе циклов важное значение имеет представление обратимого, т.е. идеального для данных условий цикла. Представление идеального цикла позволяет создать наиболее простую физическую и математическую модели цикла, строить на их основе реальный цикл и анализировать его, анализировать основные закономерности цикла и получать аналитические расчетные зависимости, определять оптимальные условия реализации цикла, оценивать влияние исходных параметров на термодинамическую эффективность и определять область существования цикла. Таким образом, полный термодинамический анализ циклов представляет собой комплекс частных задач. В настоящее время такой комплексный подход к анализу циклов СКВ отсутствует.
Представив циклы идеальными, термодинамическую модель СКВ можно рассматривать как идеализированную. Идеализированная модель СКВ является предельным случаем реальной СКВ. Поэтому на основании идеализированной модели можно разработать модель реальной системы, которая включает в себя систему уравнений, описывающих процессы в моделируемом объекте. Сравнивая эффективность реальной СКВ с идеализированной, можно определить степень совершенства первой.
Актуальность работы.
Одной из проблем современной авиационной техники является разработка систем кондиционирования воздуха, имеющих максимальную эффективность и экономичность. Для решения этой проблемы все более широкое применение находит новое поколение СКВ, характерной особенностью которых является применение ступенчатого сжатия и регенеративная осушка влажного воздуха. При практической реализации этих систем, для получения максимальной эффективности необходимы научно обоснованные методики расчета, проектирования и оптимизации. Решение оптимизационных задач требует теоретического обоснования и модельных представлений о системе кондиционирования в целом и ее структурных элементов.
При разработке СКВ используются в основном инженерные методики расчета и проектирования и в них не выделен расчет и анализ циклов воздушно-холодильной машины и теплоиспользующей системы в составе СКВ. В инженерной методике расчета целый ряд исходных параметров цикла задается на основе ранее разработанных аналогов или опыта и интуиции проектировщика. Кроме того, такая методика не опирается на физическую и математическую модели всей системы, поэтому не может определить оптимальные условия реализации. В настоящее время сложилась парадоксальная ситуация — высокий технический уровень агрегатного состава сочетается с отсутствием теоретического представления и комплексного анализа СКВ.
Из вышесказанного следует актуальность темы диссертации, посвященной разработке методики комплексного анализа идеализированных циклов СКВ.
В данной работе сделана попытка разработки идеализированной термодинамической модели СКВ и предложен метод комплексного термодинамического анализа системы. Авиационная СКВ рассматривается как сложная теплоэнергетическая система, состоящая из двух сопряженных подсистем -генерации тепла (прямой цикл) и холода (обратный цикл).
Цели и задачи исследования. Проведение комплексного термодинамического анализа идеализированных циклов авиационной СКВ. Для этого решаются следующие задачи:
1) разработка методики термодинамического анализа циклов СКВ;
2) разработка термодинамических моделей сопряженных циклов воздушно-холодильной машины (АВВХМ) и теплоиспользующей системы (ТИС) в составе СКВ;
3) разработка методики определения области существования циклов СКВ;
4) разработка методики оценки термодинамической эффективности циклов СКВ;
5) разработка методики оценки расхода рабочего воздуха в СКВ;
Научная значимость и новизна работы состоит в следующем:
1) предложена методика анализа СКВ как результат совместной работы идеализированных термодинамических циклов АВВХМ и ТИС с учетом их взаимосвязи, что позволяет более полно оценить термодинамическую эффективность СКВ в целом; о
2) развита методика определения области существования циклов СКВ, дополнительно учитывающая влияние исходных параметров (атмосферных давления и температуры, скорости полета, давления за компрессором), а так же схемных решений циклов АВВХМ и ТИС;
3) предложена методика оценки термодинамической эффективности СКВ в целом, учитывающая совместную работу холодильного и теплового циклов;
4) выполнен комплексный термодинамический сравнительный анализ идеализированных циклов СКВ различных схем (нерегенеративной одноступенчатой, нерегенеративной двухступенчатой, регенеративной двухступенчатой по схеме «петля»), установлены области существования и термодинамические эффективности каждой из них.
Положения, выносимые на защиту:
1) термодинамические модели идеализированных циклов основных схем СКВ как сочетание прямого и обратного циклов;
2) метод комплексного термодинамического анализа идеализированной СКВ;
3) результаты комплексного термодинамического анализа идеализированной СКВ.
Практическая ценность работы:
1) разработанные термодинамические модели идеализированных циклов СКВ позволяют сделать термодинамическую оценку степени совершенства реальных циклов СКВ;
2) установлено существование наиболее рациональных условий реализации циклов СКВ с точки зрения термодинамической эффективности;
3) разработана методика определения области существования циклов СКВ;
4) выполнен термодинамический анализ циклов СКВ используемых на современных самолетах, таких как Боинг-757(767), А-ЗОО(ЗЮ), ТУ-204(224,334), и ИЛ-96-300;
5) полученные результаты могут быть использованы при разработке СКВ нового поколения.
Достоверность полученных результатов. В основе работы лежат известные законы и апробированные методы термодинамического анализа. Сформулированные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации обоснованы численными данными и решениями, полученными в работе, и не противоречат известным положениям наук — термодинамики, механики жидкости и газа, математики; базируются на строго доказанных выводах о закономерностях процессов тепломассообмена, согласуются с имеющимися теоретическими работами в области термодинамики и теплопередачи.
В первой главе выполнен анализ современного состояния авиационных систем кондиционирования воздуха и перспектив их развития. Рассмотрены теоретические циклы воздушно-холодильных машин, в составе авиационных систем кондиционирования воздуха. Представлены некоторые схемы современных авиационных СКВ.
Во второй главе разработаны идеализированные физическая и математическая модели прямого (ТИС) и обратного (АВВХМ) циклов в составе нерегенеративной авиационной системы кондиционирования воздуха. Получены зависимости термодинамической эффективности этих циклов. Выполнен анализ области существования СКВ в зависимости от исходных параметров, а так же выполнен анализ влияния параметров на термодинамическую эффективность СКВ.
В третьей главе разработаны физическая и математическая модели прямого (ТИС) и обратного (АВВХМ) циклов в составе нерегенеративной авиационной системы кондиционирования воздуха с двухступенчатым сжатием.
Получены зависимости термодинамической эффективности циклов ТИС, АВВХМ и СКВ в целом. Получена система неравенств, определяющая область реализации СКВ данной схемы. Установлена зависимость влияния исходных параметров на количество воздуха, отбираемого СКВ от компрессора силовой установки.
В четвертой главе разработаны физическая и математическая модели прямого (ТИС) и обратного (АВВХМ) циклов в составе регенеративной авиационной системы кондиционирования воздуха с двухступенчатым сжатием. Получены критерии оценки термодинамической эффективности циклов ТИС, АВВХМ и СКВ в целом.
В пятой главе проведен сравнительный анализ циклов СКВ различных схем по области их реализации, термодинамической эффективности, количества воздуха, отбираемого СКВ от компрессора силовой установки. Установлено, что область существования «петлевой» схемы меньше, чем у циклов нерегенеративного типа, а так же определено, что количество воздуха отбираемого в систему кондиционирования воздуха от компрессора зависит от того, на каком этапе в СКВ производится деление воздуха на горячий и холодный потоки.
Личный вклад. Автору принадлежит разработка методики термодинамического анализа систем кондиционирования, результаты и выводы. Им выполнены представление и анализ идеализированных циклов СКВ, проведение исследований и обработка данных численного моделирования, подготовка докладов и публикаций, выводы и заключения по работе, постановка задачи принадлежит Ю.В. Дьяченко, который является научным руководителем автора работы.
Апробация работы. Содержание и основные результаты исследований диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона», НГТУ, Новосибирск, 2005, 2010; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, НГТУ, 2009; на II Общероссийской молодежной научно-технической конференции «Молодежь, Техника, Космос», БГДУ, Санкт-Петербург, 2010.
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 10 работ. Из них 1 научная статья в рецензируемом журнале, входящем в перечень, рекомендованный ВАК; 2 научные статьи в рецензируемых журналах; 3 статьи в сборниках научных трудов; 4 публикации в материалах научных Всероссийских конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и Приложения. Общий объем диссертации составляет 155 страниц, включая 72 рисунка и 1 таблицу. Список используемых источников содержит 88 наименований.
