Теоретическая и прикладная теплофизика

в космической и авиационной технике,

энергосберегающих технологиях

кафедра технической теплофизики ФЛА НГТУ

руководитель: Дьяченко Юрий Васильевич, заведующий кафедрой Техническая теплофизика, профессор кафедры Технической теплофизики, д.т.н., доцент,

тел.: (383)346-06-42, e-mail: ttf@craft.nstu.ru

 Направление. Теплофизические исследования в системах жизнеобеспечения ЛА.

• Цели и задачи НИР

Проведение комплексного экспериментального и численного моделирования процессов тепломассопереноса в элементах систем кондиционирования воздуха, а также оптимизация агрегатов и систем кондиционирования в целом при работе на влажном воздухе для современных самолетов Ту-204, 214, 334, Ил-96-300, методы исследования и оптимизации процессов жизнедеятельности и термостабилизации.

• Актуальность выполнения НИР

. На современных самолетах Ту-204, 214, 334, Ил-96-300 используются новое поколение систем кондиционирования воздуха (СКВ). Отличительной чертой этих систем является регенеративная осушка влажного атмосферного воздуха на линии высокого давления, приводящая к наличию процессов тепломассообмена (конденсации, испарения, обмерзания) в агрегатах СКВ. Основными проблемами практической реализации этих систем является обеспечение работоспособности теплообменника-конденсатора в условиях обмерзания и оптимизация параметров и агрегатов СКВ в данных условиях.

• Оборудования, используемое в НИР

Коллектив располагает

- экспериментальными стендами на базе НГТУ:

- установки для проведения работ по программам подготовки магистров и аспирантов;

- лабораторные установки для лабораторных работ по спецкурсам программ подготовки инженеров;

- вычислительные средства: компьютеры Pentium-III.

• Основные результаты НИР

Проведен цикл экспериментальных и численных исследований процессов тепломассообмена влажного воздуха в агрегатах систем кондиционирования воздуха (СКВ) по проекту самолёта Ту-204). Накоплен банк экспериментальных данных по исследованию процессов тепломассообмена при конденсации, испарении и обмерзании в элементах теплообменного оборудования; подсистемы регенеративной осушки влажного атмосферного воздуха на линии высокого давления.
 

• Основные методы и подходы

 В экспериментальных исследованиях будет выполнено исследование закономерностей процессов испарения и конденсации в теплообменных каналах теплообменника-конденсатора при реальном диапазоне режимных параметров. В теоретическом исследовании теплообменника конденсатора и системы кондиционирования воздуха будет выполнено комплексное исследование параметров двухфазных теплоносителей, направленное на оптимизацию элементов конструкции, повышающих надежность и ресурс агрегатов.

• Уровень НИР (сопоставление с аналогичной российской и зарубежной продукцией)

 Мировые лидеры в авиационной промышленности корпорации Боинг и Аэробас провели переоснащение современных самолетов и внедрение на них современных экономичных систем кондиционирования воздуха с отделением влаги на высоком давлении. В отечественной промышленности наметилось отставание в данном вопросе, снижающее конкурентноспособность отечественных самолетов. Внедрение данных схем на самолетах Ту-204, 214, 334, Ил-96-300 столкнулось с рядом трудностей, связанных с недостаточным объемом исследований.

• Сфера и формы возможного использования результатов работы

Внедрение результатов научный исследований в области оптимизации систем кондиционирования воздуха в конструкторские бюро фирм Туполева, Ильюшина, а также «Наука». Внедрение материалов исследований в учебный процесс специальностей 551000 - Авиа и ракетостроение, 131100 - Системы жизнеобеспечения и оборудования ЛА, 070200 - Техника и физика низких температур, 551013 - Физическое и вычислительное моделирование теплоаэродинамических и теплогидравлических процессов, обучающихся на кафедре ТТФ и ее филиале.

в начало страницы

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ЦИКЛА ВОЗДУШНО-ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ В СОСТАВЕ АВИАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Научный руководитель Дьяченко Ю.В., проф. каф. ТТФ

Форма проведения НИР – госбюджетная (Федеральная целевая программы Министерства образования Российской Федерации по направлению «Фундаментальные исследования в области технических наук» (шифр гранта Т02-01.2-3663) и Федеральная целевая программа «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки», «Интеграция», проект № Б0097).

Сроки проведения НИР – 2003-2007  гг.

Регенеративные схемы воздушно-холодильной машины (АВВХМ) применяются в системе кондиционирования воздуха (СКВ) всех современных зарубежных самолетов, таких как Боинг-757(767), А-300(310). В нашей стране такая схема СКВ реализована на самолетах ТУ-204(214,334) и ИЛ-96. Анализ петлевых схем показывает, что элементы регенеративного теплообмена и двухступенчатого сжатия относятся к подсистеме подготовки «холодного» потока, т.е. к схеме АВВХМ. Поэтому теоретический анализ таких схем может быть выполнен только в рамках анализа регенеративных АВВХМ. В настоящее время в отечественной и зарубежной литературе полностью отсутствует информация о проведении таких работ.

В настоящей работе представлен обратимый цикл АВВХМ с двумя регенеративными теплообменниками. Первый теплообменник (теплообменник-конденсатор) расположен за турбохолодильной установкой (ТХУ) и предназначен для конденсации водяных паров и осушке воздуха высокого давления, поступающего в ТХУ. Второй теплообменник (теплообменник-регенератор) обеспечивает теплообмен между потоками воздуха на линии высокого давления. Получены аналитические зависимости для теоретического и практического холодильных коэффициентов цикла, характеризующие его термодинамическую эффективность.

Выполнен анализ влияния исходных параметров цикла на термодинамическую эффективность цикла. Установлена функциональная взаимосвязь и влияние на термодинамическую эффективность цикла параметров теплообменника-конденсатора (ТК) и теплообменника-регенератора (ТР). Доказано, что увеличение тепловой эффективности ТК приводит к снижению термодинамической эффективности цикла, а увеличение тепловой эффективности ТР - ее увеличению. Таким образом, теплообменник-регенератор является своего рода термодинамическим компенсатором, компенсирующим негативное влияние ТК.

Полученные результаты могут быть использованы для теоретического анализа и определения оптимальных условий реализации СКВ, представления реального цикла АВВХМ и разработки методики его расчета, а также в учебном процессе.

Теоретическая и прикладная теплофизика

в космической и авиационной технике,

энергосберегающих технологиях

кафедра технической теплофизики ФЛА НГТУ

руководитель: Чичиндаев Александр Васильевич, зам.зав кафедрой Техническая теплофизика по НИРС, доцент кафедры Технической теплофизики, д.т.н., доцент,

тел.: (383)346-24-76, e-mail: ttf_nstu@rambler.ru

ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПАКТНЫХ ПЛАСТИНЧАТО-РЕБРИСТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Научный руководитель Чичиндаев А.В., доц. каф. ТТФ

Форма проведения НИР – госбюджетная (Федеральная целевая программы Министерства образования Российской Федерации по направлению «Фундаментальные исследования в области технических наук» (шифр гранта Т02-01.2-3663) и Федеральная целевая программа «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки», «Интеграция», проект № Б0097).

Сроки проведения НИР – 1996-2007 гг.

Исполнители: Мельников Т.Г. (1993), Кислов И.А.(1994), Макаров М.С. (2000, Стипендия компании Боинг)

Тема 1. Компьютерное моделирование и оптимизация компактных теплообменников

Содержание. Компьютерное моделирование компактных теплообменников с целью оценки эффективности и работоспособности на эксплуатационных режимах работы, а также последующей оптимизации конструкции под требуемые параметры. Модель позволяет проводить численное моделирование процесса теплопередачи и массообмена в компактных перекрёстно-точных пластинчато-ребристых теплообменниках с целью получения двухмерных полей температур теплоносителей и теплообменной поверхности. При моделировании учитываются: процессы тепломассообмена влажного воздуха (испарение, конденсация) в каналах теплообменника, особенности локальной теплоотдачи в каналах, неоднородность входных параметров.

Состояние разработки. Разработана модель, алгоритм расчета, пакет прикладных программ. Разработка внедрена в учебный процесс и имеет учебно-методическое описание.

Область применения. Автоматизированное проведение расчёта, проектирования и оптимизации компактных теплообменников для современной авиационной, корабельной и автомобильной техники с учётом эксплуатационной, тепловой, технологической эффективностью. Применима для наиболее распространённых вариантов компактных теплообменников: воздухо-воздушных теплообменников, теплообменника-конденсатора (при работе на влажном воздухе с отрицательными температурами и противообледенительной оптимизацией), теплонапряжённого (первичного) теплообменника (при работе на высоких температурах с оптимизацией термических напряжений), воздухо-жидкостного теплообменника (при воздушно-испарительном охлаждении в продувочном тракте теплообменника).

в начало страницы