Тепломассообменные процессы в конструкциях летательных аппаратов, энергетических установок и систем жизнеобеспечения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ШепломассооВменные процессы в конструкциях ЯЛ, энергетических.установоки систем жизнеобеспечения

References

1. Narinskiy G. B. Rektifikatsiya vozdukha [Air rectification]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1978. 248 p.

2. Grigor'ev V. A., Krokhin Yu. I. Teplo- i massoob-mennye apparaty kriogennoy tekhniki [Heat and mass transfer devices of cryogenic equipment]. Moscow, Ener-goizdat publ., 1982. 312 p.

3. Epifanova V. I., Aksel'rod L. S. Razdelenie voz-dukha metodom glubokogo okhlazhdeniya [Air separation

by method of deep cooling]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1973. 468 p.

4. Verkin B. I. Kriogennaya tekhnika [Cryogenic equipment]. Kiev, Naukova dumka publ., 1985. 184 p.

5. Arkharov A. M. Kriogennye sistemy [Cryogenic systems]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1999. 720 p.

© Черненко Д. В., Черненко В. В., 2016

УДК 658.26; 621.165.1

ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В КОНСТРУКЦИЯХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И СИСТЕМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ

Е. В. Черненко, А. А. Ходенков, А. Г. Лоскутова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: jincherry@mail.ru

Рассмотрены примеры и приведены принципиальные схемы тепловых технических систем. Представлен подход к математическому моделированию таких систем.

Ключевые слова: паротурбинные установки, математическое моделирование.

METHODS AND OBJECTIVES TO DEVELOP MATHEMATICAL MODELS OF THERMAL POWER PLANTS

E. V. Chernenko, A. A. Hodenkov, A. G. Loskutova

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: jincherry@mail.ru

The paper proposes examples and the concepts of thermal engineering systems. An approach to the mathematical modeling of such systems is presented.

Keywords: steam-turbine plants, mathematical modeling.

Современный этап развития техники требует перехода к оптимизации проектируемых тепловых технических систем (ТТС) с целью повышения их эффективности, сокращения энергозатрат и капитальных вложений. 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.

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].

В рамках данной работы под тепловой технической системой понимается любая техническая систе-

ма, 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 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.

<PeuiemneecKjie чтения. 2016

ITT"

ттт

Структурные модели TTC (прямой и обратный цикл): ПТУ - паротурбинная установка; ХМ - холодильная машина; И - испаритель; КД - конденсатор; T - турбина; КМ - компрессор; H - насос; КТ - капиллярная трубка; стрелками обозначено направление потоков вещества и энергии

Структура цикла обусловливает 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.

Холодильная машина 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 математической модели TTC.

Решение задач проектирования целесообразно вести с использованием математических моделей [2-5]. Создание математических моделей теплоэнергетических установок, работающих по прямым и обратным циклам, является перспективным направлением в современных исследованиях. Модель позволяет рассчитать основные параметры процесса при известных граничных условиях по конструкции и окружающей среде, получить их изменение при варьировании входных данных, оценить влияние различных факторов на работу установки.

Библиографические ссылки

1. Теплосиловые системы: Оптимизационные исследования / А. М. Клер, Н. П. Деканова, Э. А. Тюрина и др. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 2005. 236 с.

2. Тарасик В. П. Математическое моделирование технических систем : учебник для вузов. Минск : ДизайнПРО, 2004. 640 с.

3. Хубка В. Теория технических систем : пер. с нем. М., 1987. 208 с.

4. Воронин А. В. Моделирование технических систем : учеб. пособие. Томск : Изд-во Томск. политех-нич. ун-та, 2013. - 130 с.

5. Делков А. В., Ходенков А. А., Шевченко Ю. Н. Сравнение прямого и обратного цикла в системах терморегулирования космических аппаратов негерметичного исполнения // Вестник СибГАУ. 2014. № 4 (56). С. 154-159.

References

1. Kler A. M., Dekanova N. P., Tyurina E'. A. Teplosi-lovy'e sistemy': Optimizacionny'e issledovaniya[Thermal power system: Optimization studies] Novosibirsk, Nauka. Sib. otd-nie publ., 2005. 236 р.

2. Tarasik V. P. Matematicheskoye modelirovaniye tekhnicheskikh system [Mathematical modeling of technical systems]. Minsk, DizaynPRO publ., 2004. 640 p.

3. Hubka V. Teoriya tekhnicheskikh system [Theory of technical systems]. 1987. 208 p.

4. Voronin A. V. Modelirovanie texnicheskix sistem [Modelling of Technical Systems], Tomsk, Tomsk. politexnich. un-ta publ., 2013. 130 p.

5. Delkov A. V., Xodenkov A. A., Shevchenko Yu. N. [Comparison of direct and reverse cycle systems, thermal control of spacecraft leaking execution] // Vestnik SibSAU. 2014. № 4 (56). Р. 154-159 (In Russ.)

© Черненко E. В., Ходенков А. А., Лоскутова А. Г., 2016