Курсовая работа: Проектирование системы кондиционирования воздуха среднемагистрального пассажирского самолета

,       Т5= 315.62 К      (3.16)

- Температура воздуха перед турбиной:

 Т10=Т9пр-(Т5-Т7),     Т10= 315.62 К    (3.17)

- Расчет системы кондиционирования на данном режиме работы производится при максимальном влагосодержании наружного воздуха:

- Давление воздуха в горячей линии перед выходом в конденсатор:

                                                                                   (3.18)

где: - падение давления на участке схемы от выхода промежуточного компрессора до входа в конденсатор по горячей линии:

Р7= 373300 Па.

- Содержание капельной влаги в воздухе на входе в конденсатор:

                                                                 (3.19)

- Давление воздуха перед влагоотделителем:

P8=P7-Pкд                                                                                     (3.20)

где: =5000Па – аэродинамическое сопротивление конденсатора по горячей линии.

Р8= 368333.33 Па.

- Количество капельной влаги перед влагоотделителем:

                                                                  (3.21)

где: Рн8= 2762 Па – давление насыщения водяных паров при температуре Т8=Т9

- Влагосодержание воздуха за влагоотделителем:

                                                                               (3.22)

где:  - коэффициент влагоотделения влагоотдлелителя высокого давления.

- Расход воды высаждаемый во влагоотделителе:

         Gвд= 41.431 кг/ч          (3.23)

- Температура влажного воздуха за турбиной находится уз уравнения баланса энтальпий влажного воздуха за турбиной :

r(d10-dн11)=ср(Т11вл-Т11)                                                             (3.24)

где: r=2500000 Дж/кг – теплота парообразования воды; Ср=1005 Дж/кгК – изобарная теплоемкость воздуха;d10 = d 9

- Температура сухого воздуха Т11 на выходе из турбины:

                                                              (3.25)

где: = 0.5 – КПД турбины на данном режиме работы системы .

- Влагосодержание насыщенного воздуха за турбиной:

                                                                           (3.26)

где: Рн11- давление насыщения водяных паров при температуре Т11вп

Решая совместно уравнения (3.24 – 3.26) методом итераций получаем:

Т11вл= 276.549 К,               

- Температура воздуха в горячей линии на выходе из конденсатора:

                                                                      (3.27)

где:  - тепловая эффективность конденсатора.

Т8= 313.649 К

           (3.28)

- Температура воздуха на входе в воздухораспределительную (на стоянке рециркуляция кабинного воздуха отсутствует, т.е. Т13=0) сеть находится из решения уравнения баланса энтальпий потоков холодного и горячего воздуха в конденсаторе:

                                                     (3.29)

- Влагосодержание насыщенного воздуха на входе в воздухораспределительную сеть:

                                                                        (3.30)

где: Рн12- давление насыщения водяных паров при температура Т12; Р12=Рк+Рврс, Р12= 106300 Па

Решая совместно уравнения (3.28 и 3.29) методом итераций получим:

Т12= 283.314 К или tскв= 5.912 оС

- Увеличение влагосодержания воздуха в кабине за счет влаговыделения пассажирами и экипажем:

                                                                                      (3.31)

кондиционирование воздух самолет взлетный

где: nнэ=220 чел. – количество пассажиров и членов экипажа на борту самолета; gл- влаговыделение одного человека при кабинной температуре tк=20С; Gскв – общий расход воздуха, подаваемый системой кондиционирования в кабину.

- Относительная влажность воздуха в кабине самолета:

                                                               (3.32)

где: d12=d9 – влагосодержание воздуха поступающего в кабину из СКВ; Рнк=2339 Па

– давление насыщения воздуха при кабинной температура tк=20С.

%

В соответствии с требованиями ЕНЛГС относительная влажность воздуха в кабине самолета должна быть в пределах 25…60% на всех режимах полета. Расчетной относительная влажность удовлетворяет этим требованиям и является оптимальной.

3.2 Расчет системы кондиционирования на режиме крейсерского полета

На режиме крейсерского полета в самолете работает система рециркуляции кабинного воздуха и система увлажнения воздуха подаваемого в кабину экипажа.

- Расход воздуха в одной подсистеме СКВ определяется по формуле (3.1)

Gn= 3297 кг/ч

- Требуемое давление в точке 10 расчетной схемы ( рис.2) принимаем таким же, как и в п.3.1: Р10mp=350000 Па

- Требуемое давление за промежуточным компрессором определяется по формуле (3.2): Р4mp=389000 Па.

- Требуемое давление в точке отбора воздуха от компрессора двигателя определяется по формуле (3.3):

- Давление торможения определяется по формуле (3.4) при Рн=19391 Па и Мн=0,8 (для высоты полета Н=12000 м и скорости полета М=850 км/ч):

Р*=29560 Па.

- Давление воздуха на входе в компрессор двигателя определяется по формуле (3.5) при соответствующем значении давления торможения Р*:

Рвх=28670 Па

- Требуемая степень сжатия воздуха в компрессоре двигателя определяется по формуле (3.6) при соответствующих значениях параметров:

=12.605

- Требуемое число ступеней компрессора двигателя определяется по формуле (3.7):

nст= 9.385, принимаем nст=10

- Температура торможения определяется по формуле (3.8) при Тн=231К (МСА, Н=12000 м):

Т*= 260.568 К

- Температура воздуха за компрессором двигателя в точке отбора по формуле (3.9):

Т0= 549.665 К

- Температура воздуха на выходе из системы отбора определяется по формуле (3.10) при соответствующих значениях параметров:

Т1=356.368 К

- Температура воздуха на выходе из первичного теплообменника определяется по формуле (3.11) при соответствующих значениях параметров:

Т3= 405.116 К

- Давление воздуха за турбиной определяется по формуле (3.12) при Рк=75391 Па (в соответствии с законом регулирования давления в кабине):

Р11= 85390 Па

- Степень расширения воздуха в турбине определяется по формуле (3.13) при соответствующих значениях параметров:

=4,099

- Температура воздуха за компрессором турбохолодильника определяется по формуле (3.14) при соответствующих значениях параметров:

Т4= 343.087 К

- Температура горячего воздуха на входе в конденсатор определяется по формуле (3.15) при =0 ( на высоте крейсерского полета основной теплообменник отключен) и Т9= 311.73 К:

Т7= 285.089 К

- Температура воздуха на выходе из основного теплообменника :

Т5=Т4, Т5= 301.827 К

- Температура воздуха перед турбиной определяется по формуле (3.17) при соответствующих значениях параметров:

Т10= 307.967 К

- Расчет системы кондиционирования на высоте крейсерского полета производится при сухом наружном воздухе (dн=0), т.е. влагоотделитель не работает.

- Температура воздуха на выходе из турбины определяется по формуле (3.25) при =0,5 ( на высоте крейсерского полета включена обводная линия турбины) и соответствующих значениях параметров:

Т11= 256.845 К

- Температура воздуха в горячей линии на выходе из конденсатора определяется по формуле (3.27) при Т11вл=Т11 и соответствующих значениях параметров:

Т8= 293.404 К

- Температура воздуха на входе в воздухораспределительную сеть ( без учета рециркуляции кабинного воздуха и увлажнения воздуха в кабине экипажа):

Т12=Т11+(Т7-Т8)                          (3.34)

Т12= 269.032 К или tскв= -3.968 С

Полученная на выходе из установки охлаждения температура tскв является допустимой для данного режима полета, что оговорено в техническом задании (п.4.3.4,в).

Далее посмотрим обеспечивает ли расчетная температура tскв заданный температурный режим в кабине самолета.

Для этого произведем расчет раздельного регулирования воздуха в кабине самолета.

- Уравнение теплового баланса для воздуха подаваемого на охлаждение размещенного в кабине самолета оборудования :

Gобtоб=Gобгtг+Gобхtx                          (3.35)

Где: Gоб=Gобг+Gобх – суммарный расход воздуха, подаваемый на охлаждение размещенного на борту оборудования, определяемый по тепловыделениям оборудования, Gоб=45 кг/ч; Gобг, Gобх – расходы соответственно горячего и холодного воздуха, подаваемого на охлаждение кабинного оборудования; tоб=5 оС – температура воздуха, необходимая для охлаждения оборудования; tг=80 оC, tx=tскв – температура воздуха в горячей и холодной линии соответственно.

- Уравнение теплового баланса для воздуха подаваемого в пассажирские салоны:

Gпсtk=Gпсгt2+Gпсхtx+Gptp                           (3.36)

Где: Gпс=Gпсг+Gпсх+Gp – суммарный расход воздуха, подаваемый в пассажирские салоны, определяемый из условия потребности пассажиров и теплового расчета кабины самолета, Gпс=6600 кг/ч; Gпсг, Gпсх, Gp – расходы соответственно горячего, холодного и рециркуляционного воздуха, подаваемого в пассажирские салоны, Gp=0,46Gпс; t2=80 C, tx=tскв, tp=32 оC – температура воздуха в горячий, холодный и рециркуляционной линиях соответственно; tк=20 оС – заданная температура воздуха в пассажирских салонах (и кабине экипажа).

- Уравнение теплового баланса для воздуха подаваемого в кабину экипажа:

Gкэкtк=Gкэкitг+Gкэкхtx+Gувлtувл                         (3.37)

Где: Gкэк=Gкэкг+Gкэкх+Gувл – суммарный расход воздуха, подаваемый в кабину экипажа, определяемый из условия потребности членов экипажа и теплового расчета кабины самолета, Gкэк=120 кг/ч; Gкэкг, Gкэкх, Gувл – расходы соответсвенно горячего, холодного и увляжняющего воздуха, подаваемого в кабину экипажа, Gувл=0,12Gкэкх; tг=80 С, tx=tскв, tувл=45 оС – температура воздуха в горячей и холодной, увлажнительной линиях.

- Суммарный расход воздуха в горячей и холодной линиях:

Gг=Gкэкг+Gпсг+Gобг

Gx=Gкэкх+Gпсх+Gобх                           (3.38)

- Суммарный расход воздуха, подаваемый системой отбора в СКВ:

Gскв=Gг+Gх                        (3.39)

Где: Gскв=3715 кг/ч – расход воздуха, подаваемый системой отбора в СКВ, определяемый из условий потребности пассажиров и членов экипажа, теплового расчета кабины самолета и ограничений по отбору воздуха от двигателя.

Решая совместно нелинейный уравнения (3.35 – 3.39) получим расход воздуха во всех линиях при расчетной температуре tскв. Результаты расчета сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Как видно из таблицы, при данной температуре на выходе из установки охлаждения tскв система кондиционирования воздуха обеспечивает заданный температурный режим в кабине самолета при расходе в холодной линии, т.е. через обе установки охлаждения Gх= 3101 кг/ч, что не превышает заданный ранее расход.

Теперь пересчитаем запас воды в самолете, необходимый для обеспечения нормальной работы увлажнителей воздуха и, следовательно, рассчитанного выше температурного режима в кабине экипажа:

                                                               (3.40)

где: Ркэк=Рк=75391 Па – давление воздуха в кабине экипажа;

 Рнкэк=2339 Па – давление насыщения при кабинной температуре tк=20 оС.

- Увеличение влагосодержания воздуха в кабине за счет влаговыделения экипажа определяется по формуле (3.31) при nn=3 и соответствующих значениях параметров:

 ,   (3.41)

-Требуемое влагосодержание воздуха после увлажнителя находится из уравнения теплового баланса воздуха в точке смешения воздуха из установки охлаждения Gкэк и воздуха после увлажнителя Gувл:

,   (3.42)

- Требуемый расход воды в увлажнителе:

 Gвод увл=Gувлdувл,  Gвод увл= 9.403 кг/ч (3.43)

- Требуемый запас воды в самолете:

Gвод сам=Gвод увл Gвод сам= 32.91 кг/ч                                 (3.44)

где: =3,5 часа – время крейсерского полета самолета, т.е. время работы увлажнителей.

4. Расчет трубопроводов системы кондиционирования

Расчет трубопроводов системы кондиционирования воздуха самолета будем производить по параметрам наиболее нагруженного режима, т.е. стоянки самолета (п.3.1.) Схема СКВ для расчета трубопроводов по участкам приведена на рис.3

Рис. 3. Схема СКВ для расчета трубопроводов

4.1 Определение диаметров трубопроводов

Рассмотрим участок 1-2

Р1-2 = 3.614 бар; t1-2= 128.076 С

Плотность воздуха на участке 1-2 трубопровода:

,

где R=287 Дж/кг - газовая постоянная для воздуха.

По рекомендации методического указания выбираем среднюю скорость воздуха в трубопроводе:

Площадь проходного сечения участка 1-2 трубопровода:

Расчетный диаметр участка 1-2 трубопровода:

По справочной таблице выбирается ближайший к расчетному условный диаметр трубопровода:

4.2 Расчет толщины стенки трубопровода:

- Условие тонкостенности трубы:

              (4.4) 

где - внешний диаметр трубы, м; - толщина стенки трубы, м.

- Толщина стенки цилиндрической трубы:

            (4.5) 

где: Р – давление воздуха в трубе; m=0,0003 – отклонение по диаметру; =0,9 - коэффициент, учитывающий отклонение по толщине стенки трубы; = 300 МПа предел текучести материала трубы.

4.3 Расчет толщины теплоизоляции трубопроводов по условиям эксплуатации

- Коэффициент теплоотдачи от воздуха в трубе к ее стенке:

          (4.7) 

где: A=f(t, Re) – коэффициент, зависящий от температуры воздуха в трубе и режима течения; G – расход воздуха через трубу ; F – площадь проходного сечения трубы; dp - расчетный диаметр проходного сечения трубы

    (4.8)        

где:  - коэффициент теплопроводности материала изоляции АНТМ; t – температура воздуха в трубе;  - требуемая температура поверхности изоляции; tcp – температура окружающей среды;  - коэффициент теплоотдачи от поверхности теплоизоляции в окружающую среду.

Страницы: 1, 2, 3