3.5.2. Модернизация ввт 5307ат. Тепловой и аэродинамический
расчёт теплообменника
Для расчёта теплообменника должны быть заданы:
1. Количество тепла, отбираемого от кабинного воздуха, в зависимости от высоты полёта;
2. Температура и давление горячего воздуха перед теплообменником в зависимости от высоты полёта;
3. Расход горячего воздуха через теплообменник по высотам;
4. Величины предельно допустимых потерь давления горячего воздуха в теплообменнике по высотам;
5. Геометрические и аэродинамические характеристики туннеля.
Если вместо туннеля имеется специальная коммуникация для холодного воздуха, то должны быть заданы аналогичные величины для этого устройства.
Для расчёта необходимы следующие аэродинамические характеристики самолёта:
- скорость полёта по траектории при наборе высоты на режиме максимальной скороподъёмности
;
(17)
450…500
км/ч (18)
- скороподъёмность самолёта (барограмма взлёта)
;
(19)
6…8 м/с
(20)
- максимальная скорость полёта по высотам
;
(21)
600
км/ч (22)
При расчёте наиболее часто возникают две типовые задачи:
1. Определение необходимой поверхности теплообменника S при заданных условиях на входе и выходе для обеих рабочих сред;
2. Определение количества тепла, которое может быть передано теплообменником, если заданы его поверхность и условия на входе для обеих сред.
Если известны входные параметры для обеих рабочих сред и передаваемое тепло или одна из температур на выходе, то остальные температуры можно определить из следующих уравнений теплового баланса, применительно к ВВТ 5307АТ [17]:
– для горячего
воздуха (23)
72,6·1020·(1200 – 900) =
22 215 Дж (24)
– для холодного
воздуха (25)
19,7·860·(576 – 397) = 3 032 Дж (26)
где Q – количество переданного тепла;
cp г и cp х – теплоёмкость охлаждаемого и охлаждающего воздуха, Дж/кг·°С;
tг и tх – температуры горячего и холодного воздуха, °К.
По найденным значениям определим среднюю логарифмическую разность температур:
,
(27)
где ∆tб, ∆tм – бóльшая и меньшая разности температур на входе и выходе теплообменника.
Подставим значения, соответствующие значениям ВВТ 5307АТ [17]:
.
(28)
Анализируя полученные значения и условия работы, следует, что ВВТ 5307АТ является высоконагруженным узлом по температуре. Решением данной задачи является выполнение добровольного бюллетеня (подраздел 3.3) по замене ВВТ 5307АТ на ВВТ 154.03.7603.300 разработки АНТК им. А.Н. Туполева и “Хамильтон Стандарт-Наука” с матрицей (собственно теплообменной частью конструкции) из материала “Инконель” или же выполнение отбора воздуха от двигателей из двух разных точек (от разных ступеней), в зависимости от режима работы двигателя.