CC BY
65
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
Рис. 2
Удельное термическое сопротивление образцов теплоизоляции определяется по формуле:
л =
2• Яю-(Г -Г2) ,
л2 =
2 • FЭо • (Г - Гз) ;
еэо '
лэвти = (л1 + Г2) / 2,
Г2 - удельное термическое сопротивление образцов; гЭВТИ - среднее удельное термическое сопротивление образца.
Полное термическое сопротивление образца определяется по формуле
Я
Я,
[К/Вт].
где ЯЭО - площадь пластины с электрообогревателем, м2; Т1, Т2 - температура наружного слоя образца ЭВТИ; °С; 0ЭО - мощность электрообогревателя, Вт;
© Басынин В. В., Танасиенко Ф. В., 2013
л
УДК 629.7.018.4
В. И. Болотский, В. А. Ицкович, А. С. Лазненко, Ю. С. Слепак Научный руководитель - В. К. Белов Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С. А. Чаплыгина, Новосибирск
РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ТЕПЛОПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОСТЕКЛЕНИЯ ФОНАРЯ Т-50
Рассмотрены технические решения технологической схемы стенда, структура информационно-измерительной системы и автоматизированной системы управления термопрочностными испытаниями остекления фонарей.
Остекление фонарей сверхзвуковых самолётов является высоконапряжённым элементом конструкции. Как единое целое с обшивкой фюзеляжа, оно несёт аэродинамические нагрузки, нагрузки, создаваемые давлением в гермокабине, а также подвержено нестационарному тепловому воздействию.
Трудность расчёта возникающих деформаций и остаточных напряжений в конструкции выдвигает задачу экспериментального определения ресурса фо-
наря в стендовых условиях. Особенно данная задача актуальна для фонарей новых конструкций, для которых ещё нет достоверных математических моделей и методов оценки ресурса.
Созданный стенд РИФ-Т50 продолжает почти 40 летнюю историю испытания фонарей в СибНИА.
Испытание фонарей заключается в воспроизведении температур на поверхности остекления, создания избыточного давления и заданной температуры в гермокабине.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Температура внешней поверхности остекления воспроизводится конвективным способом с помощью нормально направленных к поверхности фонаря струй холодного или горячего воздуха, выходящего из коллекторных трубок. Коллекторные трубки расположены эквидистантно поверхности фонаря. Стенд имеет две независимые зоны нагрева/охлаждения. На РИФ-Т50 впервые были применены регулируемые сопла, что сделало возможным более гибко отстраивать поле температур на поверхности остекления.
Основной составной частью комплекса РИФ является система воздухоподготовки (рис. 1). Система воздухоподготовки предназначена для регулирования давления, температуры и расхода воздуха, подаваемого в коллекторы стенда РИФ-Т50.
Источником сжатого воздуха является промышленная воздушная сеть института. Номинальное давление воздуха в сети Рв = 6+17 кгс/см2.
Для нагрева используются электрические воздухонагреватели суммарной мощностью 500 кВт. Для охлаждения применены авиационные турбохолодильни-ки суммарной производительностью 22 300 кг/час.
Воздух от нагревателей и блока охлаждения поступает через смеситель в рабочую камеру стенда. На стенде РИФ-Т50 впервые были установлены смесители воздуха, что позволяет плавно переходить от нагрева к охлаждению и наоборот. Это положительно сказывается на плавности и динамике изменения температуры.
Блок наддува гермокабины предназначен для управления давлением в гермокабине и поддержания заданной постоянной температуры воздуха внутри кабины непрерывной продувкой воздуха через неё.
Для обеспечения герметичности кабины объекта
испытания в гермошланг подается воздух под давлением 2 кгс/см2.
Автоматизированная система управления термопрочностными испытаниями на участке РИФ (АСУ РИФ) обеспечивает управление технологическим оборудованием стенда с помощью аппаратных (рис. 2) и программных вычислительных средств, позволяет проводить испытания в полностью автоматическом режиме.
Структура системы управления трехуровневая:
- нижний уровень - измерительные приборы, объединенные с контроллером, и верхним уровнем в промышленные сети RS485.
- средний уровень - программируемый контроллер Mitsubishi FX3U с модулями расширения, соединенный с верхним уровнем через сеть Ethernet.
- верхний уровень - компьютер оператора АСУ РИФ.
АСУ обеспечивается контроль температуры в 21 точке и давления в 9 точках в системе воздухоподготовки.
Самостоятельной системой, входящей в состав стенда является информационно-измерительная система (ИИС). Она имеет в своём составе 227 каналов измерения и обеспечивает оперативное представление в режиме реального времени информации о распределении температуры по внешней и внутренней поверхностям остекления, а также на металлической окантовке фонаря в течение всего процесса испытаний. Она используется также для оперативной сигнализации о недопустимом отклонении температуры от заданного текущего значения не внешней поверхности остекления. Контролируется также давление и температура воздуха в гермокабине. ИИС производит непрерывную запись и хранение всех измеренных параметров.
Рис. 1. Структурная схема системы подготовки воздуха стенда РИФ-Т50
Секция «Моделирование физико-механических и тепловьх процессов»
Рис. 2. Шкафы системы управления
Структура ИИС двухуровневая:
- нижний уровень - измерительные приборы LTR - два крейта, объединенные с верхним уровнем через сеть Ethernet.
- верхний уровень - компьютер оператора ИИС РИФ.
На стенде проведены пусконаладочные работы и проводятся подготовительные мероприятия для его аттестации.
© Болотский В. И., Ицкович В. А., Лазненко А. С., Слепак Ю. С., 2013
УДК 658.26; 621.165.1
А. В. Делков, Д. А. Непомнящий, Д. Б. Ситничук Научный руководитель - А. А. Кишкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Рассмотрены примеры и приведены принципиальные схемы тепловых технических систем. Представлен подход к математическому моделированию таких систем.
Современный этап развития техники требует перехода к оптимизации проектируемых тепловых технических систем (ТТС) с целью повышения их эффективности, сокращения энергозатрат и капитальных вложений. Достаточно широко рассмотрены вопросы проектирования и расчётной оптимизации отдельных процессов в машинах и аппаратах, такие как интенсификация теплообмена, повышение эффективности работы компрессоров, насосов и т. д. Но общая задача моделирования теплоэнергетической системы, как сложной системы взаимосвязанных элементов, в достаточной степени еще не решена [1].
Между тем, на основе математической модели тепловой технической системы становится возможным решение широкого спектра задач, включая и оптимизацию. В настоящей работе предпринята попытка разработки подхода к моделированию ТТС, работающих по замкнутому контуру.
Под тепловой технической системой в рамках данной работы понимается любая техническая система, основным процессом в которой будет обмен тепловыми потоками и энергией между элементами системы и с окружающей средой. Это широкий класс систем, включающий в себя холодильные машины, паро- и газотурбинные установки, двигатели внутреннего сгорания и т. д. Ввиду такого разнообразия в рамках данной работы ограничимся рассмотрением систем с замкнутым циклом - рабочее тело циркулирует внутри такой системы без обмена массой с окружающей средой.
Работу такой системы можно изобразить на диаграмме замкнутой линией. Форма цикла зависит от
процессов, протекающих в элементах системы, - по этому признаку можно различить цикл Карно, Ренки-на, Калины и т. д. Различают также прямой или обратный циклы.
Наиболее простой и самый распространенный -цикл Карно, прямой и обратный (см. рисунок). Цикл состоит из четырех процессов, с помощью него можно описать значительную часть простых моделей теплоэнергетических систем. Структура цикла обуславливает наличие четырех составных элементов системы:
- два теплообменника (испаритель, конденсатор);
- нагнетатель (насос, компрессор);
- сопротивление (капилляр, турбина).
В качестве примера прямого цикла можно рассматривать паротурбинную установку. ПТУ имеет в своем составе испаритель, турбину, конденсатор и насос. Обмен тепловыми потоками происходит на испарителе -от источника тепла к рабочему телу, и на конденсаторе - от рабочего тела к холодильнику. Турбина производит техническую работу, забираемую из системы.
В качестве примера обратного цикла можно рассматривать холодильную установку. ХМ имеет в своем составе испаритель, компрессор, конденсатор и капиллярную трубку. Обмен тепловыми потоками происходит на испарителе - от охлаждаемого продукта к рабочему телу, и на конденсаторе - от рабочего тела в окружающую среду. На привод компрессора затрачивается работа.
Общие закономерности в технических системах преобразования тепла, которые можно выделить на уровне протекающих в них процессов, позволяют говорить о единой математическом модели ТТС.
