2. Основные агрегаты авиационных систем кондиционирования воздуха

2.1. Теплообменные аппараты

Теплообменным аппаратом (теплообменником) называется агрегат, в котором происходит процесс передачи теплоты от среды с большей тем­пературой к среде с меньшей температурой [2].

В СКВ применяются следующие типы теплообменников:

- воздухо-воздушные (ВВТ);

- топливовоздушные (ТВТ), в которых охлаждение воздуха происходит с помощью топлива, подаваемого из баков в двигатели самолета;

- испарительные, в которых охлаждение воздуха происходит в результа­те изменения агрегатного состояния хладоносителя (воды, водоспиртовых смесей, сжиженных газов и т.п.).

Анализ современных СКВ показывает, что масса теплообменников на некоторых самолётах достигает 30 % массы системы [2].

Авиационные теплообменники характеризуются максимальной интенсификацией теплообмена, минимальными габаритными размерами и гидравлическим сопротивлением. Это обусловливает применение в их конструкции тонкостенных элементов и, следовательно, усложнение тех­нологии изготовления.

В зависимости от направления относительного движения теплоно­сителей теплообменники бывают прямоточные, противоточные и перекрёстноточные. В прямоточных теплообменниках тепло- и хладоносители движутся параллельно в одном направлении друг с другом, поэтому разность температур по длине теплопередающей поверхно­сти уменьшается (один поток охлаждается, а другой – нагревается); этот тип теплообменников наименее эффективен. В противоточном теплообменнике потоки движутся навстречу друг другу, при этом раз­ность температур мало изменяется и теоретически можно охладить теплоноситель до входной температуры хладоносителя. Однако реа­лизовать конструкцию противоточного компактного авиационного теплообменника не всегда удаётся. Поэтому на практике очень часто применяют перекрёстноточные многоходовые теплообменники. В перекрёстноточном многоходовом теплообменнике (при двух-трёх хо­дах) удаётся обеспечить практически ту же эффективность, что и в противоточном. Обобщенной характеристикой совершенства тепло­обменника является его эффективность, или температурный КПД η, представляющий собой отношение количества переданной теплоты Q к максимально возможному её значению Q_max.

Эффективность теплообменника зависит от относительного движе­ния теплоносителей, отношения водяных эквивалентов и совершенства теплообменной поверхности.

Современные теплообменники характеризуются значениями ко­эффициента теплопередачи k_{т. ср} = 75...140 Вт/(м²·К) [6]. Эффектив­ность теплообменника η = 0,5...0,95 и зависит в основном от его кон­струкции и соотношения водяных эквивалентов холодного и горячего потоков.

Выбор размеров теплообменни­ка производится в каждом конкрет­ном случае с учётом условий его компоновки на самолёте.

По конструктивному оформле­нию теплопередающей поверхности теплообменники можно разделить на две группы: трубчатые и пластинча­тые.

В трубчатых теплообменниках горячий воздух высо­кого давления проходит внутри тру­бок, а хладоноситель – между тру­бок.

Большое распространение бла­годаря высокой интенсификации теплообмена, компактности и про­стоте изготовления получили пла­стинчато-ребристые теплообмен­ники.

В пластинчато-ребристых тепло­обменниках теплопередающая поверхность состоит из плоских листов, между которыми располага­ются гофрированные листы. Гофры, соединяя плоские листы в монолитную конструкцию, выполняют роль рёбер, значительно увеличивающих теплопередающую поверхность и повышающих прочность теплообменника.