Исследование термодинамических циклов воздушно-холодильных машин тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

Дьяченко Юрий Васильевич

Исследование термодинамических циклов воздушно-холодильных машин

Специальность - 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск- 2004

гоо5-Ч1

На правах рукописи

Дьяченко Юрий Васильевич

Исследование термодинамических циклов

воздушно-холодильных машин

Специальность - 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск- 2004

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университете

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Тимофеевский Леонид Сергеевич доктор технических наук, старший научный сотрудник Огуречников Лев Александрович

доктор технических наук, профессор Лебедев Олег Николаевич Ведущая организация - Московский авиационный институт (Технический университет)

Защита состоится "19 " ноября 2004 г. в 11 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.173.02 при Новосибирском государственном техническом университете. Адрес: 630092, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан ктября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационно к.т.н., доцент

Шаров Ю.И.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ Библиотека

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В 1986 году на международной конференции был принят Протокол по веществам, разрушающим озонный слой, который вступил в силу с 1 января 1989 г. Протоколом установлены группы озоноактивных веществ, в том числе хладагентов, производство и потребление которых должны контролироваться и регулироваться в каждой стране. Полное вступление в силу всех ограничений несомненно приведет к уменьшению области применения парокомпрессор-ных холодильных машин (ПКХМ). В связи с этим весьма актуальной является разработка альтернативных способов получения холода.

В ряду альтернативных способов особое место должны занять воздушно-холодильные машины. Однако для этого необходима разработка нового поколения ВХМ, работающих по усовершенствованным циклам (регенеративным, регенеративно-осушительным, со ступенчатым сжатием и расширением и их комбинации). Это позволит значительно увеличить термодинамическую эффективность цикла и сделать ВХМ вполне конкурентоспособной по отношению к пароком-прессорным. Такие воздушно-холодильные машины найдут область применения в современной технике и промышленности.

В настоящее время воздушно-холодильные машины находят наиболее широкое применение в авиационных системах кондиционирования воздуха (СКВ). Для современной авиационной техники актуальной является проблема увеличения термодинамической эффективности воздушно-холодильных машин в составе систем кондиционирования воздуха (АВВХМ). Экономичность и эффективность авиационных систем определяется приведенной взлетной массой, которая представляет сумму установочной массы и ее приращения, определяемого величиной отбираемого расхода воздуха и механической работы от силовой установки, увеличением аэродинамического сопротивления самолета и т.д.

В новом поколении авиационных СКВ применяются схемы АВВХМ с регенеративной осушкой влажного атмосферного воздуха и ступенчатым сжатием. Применение этих принципов позволяет значительно уменьшить расход воздуха в "холодной" линии и отбор механической работы от силовой установки, уменьшить приведенную взлетную массу системы и увеличить полезную нагрузку, а также увеличить степень комфортности в гермокабине. Для практической реали-

зации этих схем необходимо решение комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских проблем.

Целью данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование термодинамических циклов воздушно-холодильных машин.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• развита теория воздушно-холодильных машин;

• разработано теоретическое обоснование и представлен обратимый цикл воздушно-холодильной машины в составе авиационных систем кондиционирования воздуха;

• разработано теоретическое обоснование современных регенеративных систем осушки влажного воздуха воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха;

• разработан метод и выполнен комплексный термодинамический анализ обратимых циклов воздушно-холодильных машин;

• разработано системное представление обратимых циклов воздушно-холодильных машин и выполнена общая систематизация циклов;

• выполнен комплекс экспериментальных исследований регенеративных систем осушки влажного воздуха и сформулированы основные условия обеспечения работоспособности теплообменника-конденсатора в условиях обмерзания.

Достоверность полученных результатов подтверждается сравнительным анализом с известными в литературе результатами других авторов и системным методом представления циклов воздушно-холодильных машин.

Положения, выносимые на защиту:

1. Вопросы теории воздушно-холодильных машин, в том числе: теория ступенчатого сжатия, теория регенерации тепла, модели общего баланса энергии цикла, общая систематизация циклов;

2. Метод комплексного термодинамического анализа и системного представления обратимых циклов воздушно-холодильных машин; '

3. Разработка обратимых нерегенеративных и регенеративных циклов воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха;

4. Результаты комплексного термодинамического анализа обратимых циклов воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха;

5. Общая систематизация циклов воздушно-холодильных машин и разработка перспективных схем;

6. Результаты экспериментальных исследований регенеративных систем осушки влажного воздуха.

Научная и практическая ценность работы заключается в:

• разработке методики определения термодинамической эффективности цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационных систем кондиционирования воздуха и выборе оптимальных условий реализации цикла по исходным параметрам;

• рациональном выборе регенеративных схем воздушно-холодильной машины в составе авиационных систем кондиционирования воздуха;

• аналитическом определении области существования цикла воздушно-холодильной машины и всей системы кондиционирования воздуха в целом;

• разработке теплообменника-конденсатора обеспечивающего работоспособность в условиях обмерзания;

• результатов экспериментальных исследований теплообменника-конденсатора, которые использованы при разработке штатного теплообменника-конденсатора в системах кондиционирования воздуха самолетов ТУ-204,214,334;

• обобщении учебного материала для студентов авиационных и энергетических специальностей в курсах "Теоретические основы теплотехники", "Тепловые машины", "Системы обеспечения жизнедеятельности ЛА", "Проектирование авиационных систем кондиционирования воздуха".

Личный вклад автора в разработку проблемы. Все основные положения, результаты и выводы принадлежат лично автору. Им выполнены постановка проблемы и задач исследований, разработка общей теории воздушно-холодильных машин, разработка методики комплексного системного термодинамического анализа циклов, представление и анализ обратимых циклов, проведение и обобщение результатов экспериментальных исследований. По всем разработкам, выпол-

ненным в соавторстве, имеются совместные публикации, ссылки на которые приведены в тексте диссертации.

Апробация работы. Содержание и основные результаты исследований в период с 1980 г. по 2004 г. представлены на Всесоюзных, Российских, международных и региональных конференциях, совещаниях и семинарах: Минский Международный Форум, Тепломассообмен, (1988г., Минск), 8 Всесоюзная конференция "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах (1990г., Ленинград), IV Минский Международный Форум "Тепломассообмен ММФ-2000" (2000г., Минск), Proc. of the Fourth Intern. Symp. Multiphase Flow and Heat Transfer (Aug. 22-24, 1999, Xi'an, China), 4th Korea-Russia- Intern. Symp. on Science and Technology "KORUS 2000" (Ulsan, Korea, 2000), 6 Всероссийская научно-техническая конференция "Энергетика: экология, надежность, безопасность" (2000г., Томск), Семинар вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике (2000г., Новосибирск, ИТФ СОРАН), Российский национальный симпозиум по энергетике РНСЭ-2001 (2001г., Казань, КГЭУ), 5th Korea-Russia- Intern. Symp. on Science and Technology "KORUS 2001" (2001, Tomsk, TPU), Российский Национальный Конгресс по Теплообмену РНКТ-3 (2002г.), XXVI Сибирский теплофи-зический семинар (2002г., Новосибирск, ИТФ СОРАН), 6* Korea-Russia Intern. Symp. on Science and Technology (KORUS 2002г., Novosibirsk), Symp. On Compact Heart Exchangers (2002, Grenoble).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в двадцати девяти печатных изданиях (в том числе один учебник).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы из 113 работ отечественных и зарубежных авторов и приложений. Она содержит 404 страницы основного текста, включая 191 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждается актуальность проблемы, ее научная, практическая значимость и формулируются задачи исследований.

В первой главе выполнен анализ современного состояния воздушно-холодильных машин (ВХМ) и перспектив развития. Теоретическое обоснование

обратимого замкнутого цикла ВХМ выполнено в работах B.C. Мартыновского и является классическим примером обратного газового цикла, используемым в каждом учебнике по технической термодинамике. В работах B.C. Мартыновского получено известное выражение для холодильного коэффициента (характеризующего термодинамическую эффективность) этого цикла в следующем виде

= Чх , «_ Т, _ Т4 1 (1)

Л Чг-Чх т3-т, Т,-Т4 , »-'

1л

В этом выражении отсутствуют температуры горячего и холодного источников. Из этого следует, что термодинамическая эффективность цикла ВХМ не зависит от температур источников, но теоретическое обоснование этого положения отсутствует.

В работах B.C. Мартыновского, М.П. Вукаловича, И.И. Новикова предложены два варианта реализации регенеративного обратимого цикла ВХМ по условиям его сравнения с нерегенеративным циклом. Показано, что цикл может быть реализован при меньшем отношении давлений. Можно предположить, что существует взаимосвязь между отношениями давлений сравниваемых циклов, однако в литературе такие данные отсутствуют. Анализируя условия сравнения, можно предположить существование еще одного варианта - регенеративный цикл реализуется в тех же диапазонах температур источников и отношения давлений, что и нерегенеративный цикл. Однако такой вариант сравнения в литературе не рассматривается. Следует отметить, что термодинамический анализ обратимых регенеративных циклов в литературе представлен в очень ограниченном объеме, хотя это направление развития ВХМ признается наиболее перспективным.

Применительно к циклам ВХМ, представление замкнутого действительного (реального) цикла выполнено в работах B.C. Мартыновского. В его работах получена обобщенная зависимость для холодильного коэффициента действительного цикла ВХМ.

Основной проблемой использования в ВХМ атмосферного воздуха является наличие в нем водяных паров. При охлаждении сжатого воздуха ниже температуры точки росы происходит конденсация водяных паров, а при отрицательных температурах - кристаллизация капельной влаги. Именно поэтому были разрабо-

таны два типа ВХМ, в которых использовался принцип регенеративной осушки влажного воздуха. Первый тип ВХМ, работающий по разомкнутому циклу с тепломассообменом, предложен Н.Н. Кошкиным, другим вариантом регенеративной осушки воздуха является разомкнутый вакуумный цикл с тепломассообменом, предложенный B.C. Мартыновским и М.Г. Дубинским. Основным недостатком этих циклов является циклический процесс осушки влажного воздуха.

В настоящее время в авиационных системах кондиционирования воздуха (СКВ) в качестве источников холода на борту используются воздушно-холодильные машины (АВВХМ). Теоретическое обоснование термодинамических циклов АВВХМ в литературе отсутствует. Работа АВВХМ основана на использовании атмосферного воздуха в качестве рабочего тела, поэтому для них особенно актуальны проблемы осушки влажного воздуха. Широкое применение воздушно-холодильных машин в авиационных СКВ привело к появлению 70-х годах ряда технических предложений, направленных на практическую реализацию принципа регенеративной осушки атмосферного воздуха и увеличения их эффективности. В работе рассмотрены основополагающие патенты и практические схемы СКВ.

Применение регенеративных систем осушки влажного воздуха позволяет снять все ограничения на температурные режимы и в сочетании со ступенчатым сжатием достигать максимальной термодинамической эффективности АВВХМ. Это направление развития является наиболее перспективным. Несмотря на практическую реализацию таких схем, в литературе отсутствуют данные по теоретическим и экспериментальным исследованиям. Единственной работой является публикация Ю.М. Шустрова но анализу функционального назначения теплообменника-регенератора.

Во второй главе рассмотрены вопросы общей теории ВХМ.

В разделе 2.1 выполнен анализ обратимого цикла ВХМ и получено следующее выражение для холодильного коэффициента

к -

к

- 1 - 0 1 -

«-1

к

где: © = Тг/Тх - отношение минимальной температуры горячего

источника к максимальной температуре холодного.

Полученная зависимость отличается от формулы B.C. Мартыновского наличием двух членов, содержащих отношение температур источников. Расчет холодильного коэффициента по этой зависимости при различных значениях безразмерных исходных параметров (0 и отношения давлений) и по формуле B.C. Мартыновского дает одинаковые результаты (рис.1). Полученный результат можно рассматривать как теоретическое обоснование независимости термодинамической эффективности цикла ВХМ от отношения температур источников. Кроме того, термодинамическая эффективность цикла ВХМ имеет двойственный характер выражения.

Анализ зависимости (2) показывает, что существует предельное условие реализации цикла по величине отношения давлений при заданном значении 0. Математически это условие определяется равенством нулю числителя зависимости (2) для холодильного коэффициента, поэтому условие реализации цикла выражается соотношением

Неравенство определяет область существования цикла, а равенство - предельное значение отношения давлений цикла, при котором хочодильный коэффициент равен нулю. Таким образом, влияние отношения температур источников вырэжа ется в ограничении области существования цикла ВХМ.

В разделе 2.2 выполнен анализ ВХМ по модели цикла с разделением работы. В авиационных системах сжатый воздух огбирается от турбокомпрессора силовой установки и подается в СКВ, где реализуются остальные процессы цикла АВВХМ. В этих условиях осуществить возврат работы турбодетандера в цикл невозможно. Таким образом, возникает необходимость выделить вариант цикла с разделением работы. Очевидно, что такой цикл может быть реализован в rex же условиях, что и обычный цикл ВХМ, и иметь те же самые параметры узловых точек. Однако внешняя работа, необходимая для реализации этого цикла, будет больше на величину работы турбодетандера.

(3)

Таким образом, с точки зрения энергозатрат на организацию цикла ВХМ, можно выделить две модели цикла: цикл, в котором работа детандера может быть возвращена в общий баланс энергии (цикл с полным балансом энергии), и цикл, в котором этого сделать нельзя (цикл с разделением работы). Представление таких моделей необходимо для анализа сложных циклов со ступенчатым сжатием и регенеративных циклов со ступенчатым сжатием.

В работе получена взаимосвязь холодильных коэффициентов этих моделей цикла в виде

Из этого выражения следует, что холодильный коэффициент цикла с разделением работы всегда меньше, т.к. Т(<ТХ, где Тц- минимальная температура рабочего тела в цикле.

Холодильный коэффициент цикла с разделением работы получен в виде

Полученная зависимость позволяет определить термодинамическую эффективность цикла через безразмерные исходные параметры, область существования цикла, предельные условия реализации и влияние исходных параметров. Анализ влияния исходных параметров свидетельствует о наличии максимума холодильного коэффициента от отношения давлений цикла, Характер этой зависимости показан на рис.2. При анализе выражения для холодильного коэффициента обратимого цикла с разделением работы, установлено, что формирование максимума определяется только давлением цикла. Учитывая, что это оптимальное давление, для него получена зависимость

(4)

(5)

(6)

В разделе 2.3 выполнен анализ регенеративной ВХМ по модели полного баланса энергии. В работах B.C. Мартыновского показано, что в регенеративном

цикле отношение давлений меньше, поэтому при равенстве холодильных коэффициентов возникает кажущееся противоречие. В действительности такого противоречия нет, холодильный коэффициент регенеративного цикла не может быть выражен через отношение давлений нерегенеративного цикла. Между соотношениями давлений в этих циклах имеется взаимосвязь, которая получена в виде

Из этого выражения следует, что в регенеративном цикле количественное уменьшение давления определяется отношением температур источников. Как следует из (7), регенеративные схемы ВХМ наиболее эффективно применять в установках глубокого охлаждения при больших значениях давления за компрессором.

В рассматриваемых условиях сравнения холодильные коэффициенты регенеративного и нерегенеративного циклов ВХМ равны, поэтому зависимость для холодильного коэффициента регенеративного цикла можно с учетом формулы B.C. Мартыновского представить в виде

В работе систематизированы условия сравнения регенеративных циклов ВХМ. Вариант сравнения нерегенеративного и регенеративного циклов ВХМ, предложенный в работах B.C. Мартыновского, можно назвать условиями сравнения I рода. Вариант сравнения циклов при условии равенства температур источников и удельной теплоты, отводимой в горячий источник, можно отнести к условиям сравнения II рода. Физически возможна реализация еще одного варианта сравнения: циклы реализуются при одинаковых температурах горячего и холодного источников и одинаковых уровнях давлений. Эти условия можно отнести к условиям сравнения III рода. Анализ этих условий показывает, что применение регенерации уменьшает термодинамическую эффективность цикла, но позволяет увеличить удельную холодопроизводительность и получить более низкую температуру рабочего тела.

Три рода возможных вариантов сравнения регенеративного и нерегенеративного циклов представляют единую (обобщенную) систему сравнительных условий. В работе установлена взаимосвязь между условиями сравнения и предельные значения границы физически реализуемой области сравнения циклов.

В разделе 2.4 выполнен анализ регенеративной ВХМ по модели цикла с разделением работы и получено выражение для холодильного коэффициента в виде

Из полученной зависимости следует, что регенеративный цикл с разделением работы имеет только одно предельное условие существования, когда отношение давлений цикла и отношение температур источников равны единице. Анализ влияния исходных параметров показывает, что в нем отсутствует максимум холодильного коэффициента по отношению давлений.

Регенеративный цикл с разделением работы может быть реализован при тех же исходных параметрах и параметрах узловых точек, что и цикл с полным балансом энергии. Следовательно, все три рода условий сравнения регенеративного и нерегенеративного циклов применимы и к циклам с разделением работы. Тогда все результаты сравнительного анализа и соотношения, полученные для цикла с полным балансом энергии, справедливы для цикла с разделением работы.

Четыре рассмотренных цикла ВХМ (нерегенеративные и регенеративные по моделям цикла с полным балансом энергии и разделением работы) представляют систему базовых циклов, к которым приводятся все более сложные циклы.

В разделах 2.5, 2.6 выполнен анализ ВХМ ступенчатого сжатия (усовершенствованный цикл) по двум моделям баланса энергии. Схема такой воздушно-холодильной машины показана на рис.3, схема термодинамического цикла - на рис.4. Холодильный коэффициент усовершенствованного цикла по модели полного баланса энергии получен в виде

При Рп = Рк усовершенствованный цикл ВХМ трансформируется в исходный одноступенчатый цикл, а полученная зависимость превращается в зависимость, равнозначную зависимости (2) одноступенчатого цикла.

Методом дополнительных циклов выражение для холодильного коэффициента усовершенствованного цикла получено в виде

При Рп = Рк полученная зависимость превращается в зависимость B.C. Мартыновского (1) одноступенчатого цикла. Анализ выражений (10,11) показывает, что они равнозначны. В этом еще раз проявляется двойственный характер выражения термодинамической эффективности цикла ВХМ.

В общем случае в зависимости (11) можно выделить два предельных случая, когда двухступенчатый цикл трансформируется в одноступенчатый. Эти случаи соответствуют условию, когда равны нулю сомножители числителя дробной части. Первый предельный случай рассмотрен выше, вторым предельным случаем является условие

Следовательно, этот случай выражает условие, когда в процессе адиабатного сжатия (1-2') отсутствует участок перегрева рабочего тела выше температуры горячего источника. При этом в усовершенствованном цикле весь процесс сжатия будет происходить непрерывно - сначала в основном компрессоре до температуры Тг> а затем в промежуточном до температуры Х2- Очевидно, что и в этом случае усовершенствованный цикл вырождается в одноступенчатый цикл ВХМ.

Характер зависимости холодильного коэффициента усовершенствованного цикла от величины промежуточного давления и давления цикла показан на рис.5 Из приведенных данных следует, что зависимость холодильного коэффициента от промежуточного давления имеет ярко выраженный максимум. Разность между максимальным и минимальным значениями холодильного коэффициента на этом

графике иллюстрирует максимально возможный положительный эффект ступенчатого сжатия.

В работе получено выражение для промежуточного давления, соответствующего максимуму холодильного коэффициента, (оптимальное значение давления) в виде

Обратимый усовершенствованный цикл ВХМ с разделением работы отличается от приведенной на рис.3 схемы тем, что отсутствует механическая связь между валом турбокомпрессора и турбодетандера. Внешняя работа затрачивается только на сжатие в первой ступени (процесс 1-2'), а работа турбодетандера используется на промежуточное сжатие (процесс 3'-4').

С позиции энергетического баланса рассматриваемый цикл занимает промежуточное положение между моделью цикла с полным балансом энергии и моделью цикла с разделением работы. Поэтому такой цикл можно рассматривать как цикл с частичным разделением работы, однако для его описания можно использовать модель цикла с разделением работы. В работе получено выражение холодильного коэффициента цикла в виде

При Рп = Рк зависимость (14) превращается в зависимость (5) для холодильного коэффициента одноступенчатого цикла с разделением работы, что подтверждает ее достоверность. Как следует из (14), зависимость имеет монотонный характер, в отличие от одноступенчатого цикла с разделением работы. Причина этого явления заключается в том, что в усовершенствованном цикле с разделением работы холодильный коэффициент выражается только через работу первой ступени сжатия. Поэтому уменьшение промежуточного давления (при фиксированном значении давления цикла Р) приводит к уменьшению удельной работы сжатия первой ступени и монотонному увеличению холодильного коэффициента цикла.

Р%т =ехр

/V О3)

\

(14)

Работоспособность этого типа цикла обеспечивается условием, когда удельная работа турбодетандера больше или равна удельной работе сжатия второй ступени сжатия. Для определения этих условий введен коэффициент распределения работы в виде отношения работы промежуточного сжатия к работе детандера. Получены зависимости для коэффициента распределения работы и выполнен анализ влияния исходных параметров.

Для оценки положительного эффекта применения ступенчатого сжатия введен коэффициент сравнительной эффективности, представляющий отношение максимального холодильного коэффициента усовершенствованного цикла к холодильному коэффициенту одноступенчатого цикла. В работе получены аналитические зависимости для коэффициента сравнительной эффективности и выполнен анализ влияния исходных параметров. Установлено, что эффективность применения двухступенчатого сжатия увеличивается с ростом давления цикла и коэффициент сравнительной эффективности может составлять 1,5-1,7 для цикла по модели полного баланса энергии и 2,5-2,7 для цикла с разделением работы.

В разделах 2.7, 2.8 выполнен анализ регенеративных усовершенствованных циклов по двум моделям баланса энергии. Разработаны схемы обратимых термодинамических циклов и получены зависимости для холодильных коэффициентов. Показано, что в предельных условиях циклы трансформируются в одноступенчатые, а зависимости для холодильных коэффициентов - в соответствующие зависимости одноступенчатых циклов. Установлено существование оптимальных значений промежуточного давления и получены зависимости для их определения. На примере анализа циклов с двухступенчатым сжатием и регенеративных циклов с двухступенчатым сжатием сформулированы основные положения комплексного метода термодинамического анализа обратимых циклов:

-разработка схемы термодинамического цикла на основе схемного построения ВХМ и модели энергетического баланса;

-определение минимума исходных параметров для полного определения цикла; -получение зависимостей для термодинамической эффективности цикла; -анализ предельных условий и области существования цикла; -анализ влияния исходных параметров на термодинамическую эффективность цикла;

-анализ оптимальных условий реализации цикла;

-сравнительная оценка термодинамической эффективности цикла.

Третья глава посвящена исследованию термодинамического цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационных систем кондиционирования воздуха. В разделе 3.1 выполнен анализ схемы авиационной системы кондиционирования воздуха и выделена схема АВВХМ, рис.6. Такая схема используется в СКВ большинства пассажирских лайнеров, начиная от первых турбореактивных самолетов и кончая самолетами ТУ-134, ТУ-154, ИЛ-86.

Холодным источником является гермокабина, в которой температура рабочего тела изменяется от температуры за турбохолодильником до температуры на выходе из ГК. Можно предположить, что процесс нагрева рабочего тела происходит в некотором теплообменном аппарате, в котором воздух холодного источника движется в противотоке и охлаждается. Принимая коэффициент эффективности такого условного теплообменника равным единице, можно считать, что температура холодного источника изменяется в том же диапазоне, что и рабочего тела.

Принятые предположения позволяют считать процессы внешнего теплообмена обратимыми, т.е. протекающими без конечной разности температур. Следовательно, цикл АВВХМ в рассматриваемых условиях является внутренне и внешне обратимым и будет иметь максимальный холодильный коэффициент. Термодинамический цикл АВВХМ представлен на рис.7.

Цикл АВВХМ является разомкнутым, но его можно условно замкнуть процессом изобарного нагрева в атмосфере (6-1). По нормативным требованиям к авиационным системам обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) воздух, поступающий на вентиляцию гермокабины должен иметь температуру тб=т±15в к. Для этого в практических вариантах реализации СКВ вентилирующий воздух с требуемой температурой получают смешением воздуха из "горячей" линии, воздуха из "холодной" линии и рециркуляционного воздуха.

Цикл АВВХМ имеет сложный двухуровневый характер по низкому давлению, поэтому полная холодопроизводительность является суммой удельных тепловых потоков Холодильный коэффициент может быть определен через

полную холодопроизводительность и через полезно используемую холодопроиз-

водительность дх . Холодильные коэффициенты цикла определены как для цикла с разделением работы.

Для упрощения терминологии введем понятия теоретического и практического холодильных коэффициентов. Под теоретическим холодильным коэффициентом будем понимать отношение полной холодопроизводительности к затраченной работе сжатия в компрессоре силовой установки

Под практическим холодильным коэффициентом будем понимать отношение полезной удельной холодопроизводительности к затраченной работе сжатия в компрессоре силовой установки

Теоретический холодильный коэффициент получен в виде

Практический холодильный коэффициент получен в виде

В разделе 3.2 рассмотрены частные случаи (стоянка на земле и полет на малых высотах) и предельные температурные условия реализации цихла. Установлены температурные границы двух основных режимов работы СКВ: теплопроизводи-тельности и холодопроизводительности.

В разделе 3.3 выполнен анализ предельных температурных условий и области существования цикла АВВХМ. При уменьшении температуры атмосферного воз-

духа Тв тепловой поток = 0, дальнейшее уменьшение Тв приводит к изменению зНаКа, <0). Температура ТЦ"', при которой происходит инверсия теплового потока, определена через параметры цикла в виде

Зависимость температуры инверсии от давления показана на рис.8. В области численных значений температуры Т0, лежащих выше кривой инверсии, тепловой поток >0, а в области ниже кривой д^"1 <0. Область давлений Р„, соответствующая частным случаям (уровень земли и малые высоты полета, когда

Ргк = Р0), изображена прямой линией Г""

1 гк

■ 298" К. На этом же графике

пунктиром приведена зависимость термодинамической температуры атмосферного воздуха Т„ по высотам (давлениям Р0) по Международной стандартной атмосфере (МСА).

Область существования цикла через исходные параметры на основании выражения (17) для теоретического холодильного коэффициента определяется неравенством

Область существования цикла по практическому холодильному коэффициенту из (18) определяется неравенством

Численные значения исходных параметров, при которых неравенства обращаются в равенство, выражают предельные значения области существования цикла АВВХМ. При предельных значениях исходных параметров численное значение холодильных коэффициентов цикла равно нулю. Характер поверхности предельных значений по практическому холодильному коэффициенту показан на рис.9. Область существования цикла определяется значениями параметров, лежащих ниже поверхности по

В разделе 3.4 исследовано влияние исходных параметров на термодинамическую эффективность цикла. Характер влияния режимных параметров (давления и скорости полета ) на теоретический холодильный коэффициент цикла

АВВХМ показан на рис.10 при Тгк=298" К,Ргк=10} Па, Т„=290°К,

При небольших значениях скорости полета величина холодильного коэффициента определятся давлением и эта зависимость имеет характерный для ВХМ вид: с увеличением давления холодильный коэффициент уменьшается. Увеличение скорости полета приводит к уменьшению холодильного коэффициента, причем в наибольшей степени этот эффект проявляется при небольших значениях давления В результате, в определенном диапазоне скоростей, в зависимости теоретического холодильного коэффициента от давления, появляется область максимума.

В разделе 3.5 выполнен анализ оптимальных условий реализации цикла АВВХМ. Получены расчетные зависимости для определения оптимального давления цикла и оптимального давления атмосферного воздуха по теоретическому холодильному коэффициенту и оптимального давления цикла по практическому холодильному коэффициенту.

Таким образом, цикл АВВХМ может быть реализован при оптимальном давлении цикла по теоретическому и практическому холодильным коэффициентам. В результате анализа численных результатов расчета установлено, что при максимальная термодинамическая эффективность цикла достигается в условиях реализации при оптимальном давлении по теоретическому холодильному коэффициенту, а максимальная удельная холодопроизводительность достигается при оптимальном давлении по практическому холодильному коэффициенту. В расчетных условиях Тв < ТЦ"' наблюдается противоположная закономерность.

В разделе 3.6 выполнен анализ цикла АВВХМ с двухступенчатым сжатием. Разработана схема термодинамического цикла, получены зависимости для холодильных коэффициентов и оптимального промежуточного давления. Выполнен анализ сравнительной эффективности и установлено, что применение двухступенчатого сжатия позволяет увеличить термодинамическую эффективность цикла в 2-2,5 раза в зависимости от исходных параметров.

В четвертой главе выполнен комплексный анализ регенеративной АВВХМ. В регенерагивных схемах АВВХМ холодный тракт теплообменника-регенератора (ТР) располагают как после потребителя холода (гермокабины), так и перед ней. Для упрощения терминологии будем называть первый вариант регенеративной схемы - АВВХМ по схеме (ГК+ТР), а второй - АВВХМ по схеме (ТР+ГК).

В разделе 4.1 рассмотрена схема и разработан термодинамический цикл регенеративной АВВХМ по схеме (ГК+ТР), рис.11, 12. В регенеративной АВВХМ данного типа воздух из гермокабины поступает в "холодный" тракт теплообменника-регенератора, где охлаждает воздух высокого давления и через САРД сбрасывается в атмосферу. Предполагая, что поверхность теплообмена теплообменника-регенератора бесконечно велика, а теплоносители являются идеальными газами, процессы регенеративного теплообмена можно считать равновесными, а весь цикл - обратимым.

Применительно к циклам АВВХМ практическое использование могут иметь условия сравнения I и III рода. В работе рассмотрен регенеративный цикл АВВХМ по схеме (ГК+ТР) в условиях сравнения I рода и установлено, что регенеративный цикл АВВХМ имеет принципиальные отличия от регенеративного цикла ВХМ. Это отличие заключается в том, что в замкнутом цикле ВХМ введение регенерации увеличивает температуру воздуха перед компрессором, а в разомкнут ом цикле АВВХМ температура воздуха перед компрессором остается неизменной и равной Т. Однако введение регенерации позволяет уменьшить величину давления за компрессором и уменьшить удельный тепловой поток в процессе атмосферного теплообмена.

Зависимость для теоретического холодильного коэффициента регенеративного цикла АВВХМ по схеме (ГК+ТР) в условиях сравнения I рода получена из общего выражения для циклов с разделением работы в виде

Учитывая, что в этом выражении первое слагаемое в числителе выражает полезно используемую удельную холодопроизводительность Цх> выражение для практического холодильного коэффициента имеет вид

Из этого выражения следует, что практический холодильный коэффициент и, следовательно, удельная холодопроизводительность цикла не зависят от скорости полета. Этот вывод очень важен для авиационных СКВ.

В разделе 4.2 рассмотрены частные случаи и предельные температурные условия реализации регенеративного цикла по схеме (ГК+ТР). Установлено существование инверсии теплового потока и получена зависимость для температуры инверсии в виде

Полученное выражение аналогично выражению (19) для нерегенеративного цикла. Отличие в том, что вместо температуры Тк температура инверсии регенеративного цикла определяется температурой заторможенного потока

Выполнен анализ предельных условий и установлено, что применение регенерации по схеме (ГК+ТР) позволяет существенно увеличить область существования цикла.

В разделе 4.3 выполнен анализ влияния исходных параметров на термодинамическую эффективность регенеративного цикла по схеме (ГК+ТР). Установлено, что в зависимостях теоретического и практического холодильных коэффициентов от давления цикла существует максимум, соответствующий оптимальным условиям реализации цикла.

В разделе 4.4 выполнен анализ оптимальных условий реализации регенеративного цикла по схеме (ГК+ТР). Зависимость для оптимального давления цикла по теоретическому холодильному коэффициенту получена в виде

Для оптимального давления цикла по практическому холодильному коэффициенту в виде

Таким образом, регенеративный цикл АВВХМ по схеме (ГК+ТР) может быть реализован при оптимальном давлении по теоретическому холодильному коэффициенту или по практическому холодильному коэффициенту.

Из анализа расчетных данных установлено, что максимальная термодинамическая эффективность достигается: при Т„ > Г"*" - в условиях реализации цикла при оптимальном давлении по теоретическому холодильному коэффициенту; при

пг , тине

Т0<!в - в условиях реализации цикла при оптимальном давлении по практическому холодильному коэффициенту.

Максимальная удельная холодопроизводительность цикла достигается: при

Ф * там

Т1)>Т0 - в условиях реализации цикла при оптимальном давлении по практическому холодильному коэффициенту; при Т„ < ГЦ" - в условиях реализации цикла при оптимальном давлении по теоретическому холодильному коэффициенту.

В разделе 4.5 выполнен анализ регенеративного цикла по схеме (ГК+ТР) в условиях сравнения III рода. Установлено, что в этих условиях сравнения теоретический и практический холодильные коэффициенты описываются зависимостями (26,27) и справедливы все результаты анализа цикла в условиях сравнения I рода.

В разделе 4.6 выполнен сравнительный анализ нерегенеративного и регенеративного циклов по схеме (ГК+ТР). Обобщенный сравнительный анализ регенера-

тивного и нерегенеративного циклов можно выполнить с помощью коэффициента эффективности. Коэффициентом эффективности регенеративного цикла будем называть отношение холодильных коэффициентов регенеративного и нерегенеративного циклов.

В работе получены зависимости для коэффициента эффективности в условиях сравнения I и III рода. На рис. 13 представлены результаты расчетов коэффициента эффективности для полетных режимов. Как следует из представленных на рисунке данных, количественное соотношение коэффициента эффективности регенеративного цикла в условиях сравнения I и III рода имеет достаточно сложный характер, однако можно установить ряд закономерных явлений. При любых постоянных значениях температуры заторможенного потока существует давление цикла при котором численное значение коэффициента эффективности одинаково для обоих условий сравнения. Это давление, которое можно назвать эквивалентным является первой границей областей с различным численным значением коэффициента эффективности.

При давлении цикла коэффициент эффективности в условиях I рода

меньше, чем в условиях III рода. В области давлений цикла Рк > Р™ - наоборот.

Второй границей является соотношение температур При их равенст-

ве в области (или в режиме стоянки на земле) коэффи-

циент эффективности Кр > 1, а в области Т' <ТГК - наоборот. Таким образом, в

области температур и при давлениях цикла бочьше эквивалентного ко-

эффициент эффективности регенеративного цикла в условиях сравнения I рода больше, чем в условиях сравнения III рода. Следовательно, в этих условиях целесообразно реализовать цикл АВВХМ по условиям I рода. При давлениях цикла меньше эквивалентного наблюдается обратный эффект.

В области температур Т <ТГК , при давлениях цикла меньше эквивалентного коэффициент эффективности регенеративного цикла в условиях сравнения I рода

меньше. В области давлений цикла меньше эквивалентного наблюдается обратный эффект. Таким образом, регенеративный цикл по схеме (ГК+ТР) наиболее целесообразно использовать в условиях "горячей" атмосферы и больших скоростей полета.

В разделе 4.7 выполнен анализ регенеративного цикла по схеме (ГК+ТР) ступенчатого сжатия. Разработана схема термодинамического цикла, получены зависимости для теоретического и практического холодильных коэффициентов и установлено, что механизм формирования оптимума по промежуточному давлению полностью аналогичен нерегенеративной АВВХМ. Установлено существование максимума холодильных коэффициентов при оптимальном промежуточном давлении от давления цикла и давления атмосферного воздуха и предложен метод их определения. Доказано, что все выводы по эффективности применения двухступенчатого сжатия, полученные для цикла АВВХМ, справедливы для регенеративных циклов АВВХМ по схеме (ГК+ТР).

В пятой главе выполнен комплексный анализ регенеративных циклов АВВХМ для осушки влажного воздуха. Процесс охлаждения сжатого воздуха реализуется в регенеративном теплообменнике, который в данном случае будет еще и теплообменником-конденсатором. Для охлаждения необходим низкотемпературный холод, поэтому приходится использовать воздух низкого давления на выходе турбодетандера. Таким образом, схемное решение регенеративной системы осушки влажного воздуха определяется расположением регенеративного теплообменника до потребителя холода - гермокабины. На основании принятой терминологии это регенеративная АВВХМ по схеме (ТР+ГК) и более сложный вариант по схеме (ТР+ТК+ГК).

В разделе 5.1 рассмотрена регенеративная АВВХМ по схеме (ТР+ГК), рис.14, которая практически реализована на самолете ИЛ-96-300. Разработана схема термодинамического цикла (рис.15), из анализа которой установлено, что процесс регенеративного теплообмена является необратимым.

Представление обратимого цикла регенеративной АВВХМ при работе на влажном воздухе невозможно, т.к. процессы теплообмена сопровождаются процессами фазового перехода водяного пара. Поэтому рассмотрим работу этой схемы на сухом воздухе. Такой подход может быть обоснован несколькими причи-

нами: работа АВВХМ на влажном воздухе происходит только кратковременно при полетах на малых высотах, основные закономерности работы цикла АВВХМ на сухом воздухе сохраняются при работе на влажном воздухе.

Для полного определения математической модели цикла в набор исходных параметров необходимо ввести тепловую эффективность ТР, которая может быть представлена в виде

В работе выполнен анализ регенеративного цикла АВВХМ по схеме (ТР+ГК) в условиях сравнения I рода и установлено, что этот цикл может быть реализован только при более высоком уровне давления, чем нерегенеративный цикл. Из этого следует, что термодинамическая эффективность регенеративного цикла всегда меньше, чем нерегенеративного. Получена зависимость для отношения давлений сравниваемых циклов, из которой следует, что это отношение определяется только величиной тепловой эффективности теплообменника-регенератора. На основании анализа расчетных данных установлено, что практическая реализация регенеративного цикла целесообразна при

Получены зависимости для теоретического и практического холодильных коэффициентов. Доказано, что при исключении из схемы ТР цикл трансформируется в цикл нерегенеративной АВВХМ, а зависимости для холодильных коэффициентов - в зависимости этого цикла.

В разделе 5.2 рассмотрены частные случаи, предельные условия реализации регенеративного цикла АВВХМ по схеме (ТР+ГК) и получены зависимости для определения области существования цикла.

В разделе 5.3 приведены результаты исследования влияния исходных параметров на термодинамическую эффективность регенеративного цикла по схеме (ТР+ГК). На рис.16 показан характер зависимости теоретического холодильного коэффициента от давления цикла и тепловой эффективности ТР при

Из этих данных

следует, что введение регенерации по схеме (ТР+ГК) приводит к уменьшению термодинамической эффективности цикла АВВХМ и влияние давления цикла характеризуется наличием максимума.

В разделе 5.4 рассмотрен регенеративный цикл воздушно-холодильной машины с двумя регенеративными теплообменниками (теплообменник-регенератор и теплообменник-конденсатор по схеме (ТР+ТК+ГК), рис.17. Разработан термодинамический цикл этой схемы, рис.18. В результате анализа установлено, что процессы регенеративного теплообмена в ТР и ТК происходят необратимо. Для полного определения математической модели цикла в набор исходных параметров необходимо ввести тепловую эффективность ТР и ТК в виде (по нумерации точек рис. 18)

Выполнен анализ влияния и на температурный режим узловых точек цикла и установлено существование граничного значения температуры , при котором температура этой точки не зависит от величины тепловой эффективности теплообменника-регенератора. Рассмотрен механизм формирования этого эффекта и разработана методика определения

В разделе 5.5 получены зависимости для теоретического и практического холодильных коэффициентов одноступенчатого регенеративного цикла по схеме (ТР+ТК+ГК).

В разделе 5.6 рассмотрены частные случаи, предельные условия и предложена меаодика определения области существования регенеративного цикла по схеме (ТР+ТК+ГК). Показано, что введение ТР и увеличение его тепловой эффективности позволяет компенсировать негативное влияние ТК и увеличить область существования цикла.

В разделе 5.7. выполнен анализ влияния исходных параметров и оптимизация регенеративного цикла по схеме (ТР+ТК+ГК). На рис. 19 показан характер зависимости теоретического холодильного коэффициента от при

Р0= 0,3x10'Па-, Т0 =250°ЛГ; Ргк =0,8хЮ5Яв; Рк =4,8х105/7в; Г* =300°А".

При регенеративный цикл трансформируется в нерегенератив-

ный цикл АВВХМ (точка на рис.19). Увеличение тепловой эффективности ТК приводит к уменьшению теоретического холодильного коэффициента. Введение ТР и увеличение его тепловой эффективности позволяет компенсировать умень-

шение термодинамической эффективности цикла. Таким образом, в данном случае теплообменник-регенератор также является "термодинамическим компенсатором", позволяющим уменьшить негативное влияние теплообменника-конденсатора.

В результате выполненного анализа установлено, что влияние давления цикла и давления атмосферного воздуха характеризуется наличием максимума теоретического холодильного коэффициента. Влияние давления цикла характеризуется наличием максимума практического холодильного коэффициента. Получены расчетные зависимости и предложена методика определения оптимальных условий.

В разделе 5.8 выполнен сравнительный анализ регенеративного цикла воздушно-холодильной машины по схеме (ТР+ТК+ГК). Показано, что в условиях сравнения I рода регенеративный цикл может быть реализован только при более высоком уровне давления цикла, условия сравнения III рода не могут быть реализованы.

В разделе 5.9 рассмотрен регенеративный цикл воздушно-холодильной машины по схеме (ТР+ТК+ГК) ступенчатого сжатия, рис.20. Такая схема практически реализована на зарубежных самолетах и семействе самолетов ТУ-204, ТУ-224, ТУ-334. Разработан термодинамический цикл этой схемы, рис.21, получены зависимости для теоретического и практического холодильных коэффициентов. Выполнен анализ влияния исходных параметров, установлено, что он аналогичен одноступенчатой АВВХМ по схеме (ТР+ТК+ГК); отличие выражается в бопее высоком численном значении термодинамической эффективности.

Выполнен анализ сравнительной эффективности рассматриваемого цикла, показано, что коэффициент сравнительной эффективности циклов АВВХМ со ступенчатым сжатием и одноступенчатых циклов имеет единый вид для всех вариантов схем, как по теоретическим, так и по практическим холодильным коэффициентам.

В разделе 5.10 выполнена систематизация циклов воздушно-холодильных машин и разработаны перспективные схемные решения. На основе выполненного термодинамического анализа и в результате обобщения системного представле ния циклов выделен ряд классификационных признаков и систематизированы

циклы ВХМ. Выполнен анализ перспективных направлений совершенствования АВВХМ и предложены перспективные схемы.

В шестой главе приведены результаты экспериментального исследования регенеративной системы осушки влажного воздуха АВВХМ.

В разделе 6.1 рассмотрены особенности работы воздушно-холодильных машин на влажном воздухе и рассмотрена общая характеристика принципа регенеративной осушки влажного воздуха. Процессы конденсации паровой влаги приводят к целому ряду негативных явлений в авиационных СКВ, поэтому применение регенеративной осушки влажного воздуха является актуальной проблемой. Для практической реализации регенеративных систем осушки воздуха необходимо решить комплекс научно-технических проблем.

В разделе 6.2 выполнен анализ физических условий и процессов тепломассообмена в агрегатах регенеративной системы осушки воздуха. Показано, что при работе СКВ на влажном воздухе влага претерпевает ряд фазовых переходов: конденсация водяного пара в линии высокого давления (КВД); конденсация водяного пара в линии низкого давления (КНД) при расширении и охлаждении воздуха в турбодетандере; испарение капельной влаги в процессе нагрева воздуха в холодном тракте теплообменника-регенератора и теплообменника-конденсатора; частичная кристаллизация сконденсированной влаги в проточной части турбодетан-дера и холодном тракте теплообменника-конденсатора. Рассмотрены особенности этих процессов, выполнен анализ имеющихся в литературных источниках данных.

В разделе 6.3. приведены результаты экспериментального исследования регенеративной системы осушки воздуха. Основными целями экспериментальных исследований являлись: экспериментальная проверка эффективности работы регенеративной системы осушки влажного воздуха; экспериментальная проверка работоспособности теплообменника-конденсатора в условиях обмерзания; получение экспериментальных данных по процессам тепломассообмена в теплообмен-ных устройствах регенеративной системы.

Основным требованием являлся полномасштабный характер исследований, т.е. эксперименты выполнялись на реальных расходах воздуха, в реальных термо-влажностных условиях и на серийных образцах теплообменной аппаратуры. Для

проведения всего комплекса исследований был создан универсальный экспериментальный стенд. Технические возможности стенда позволяли исследовать работу подсистемы влагоотделения в целом, а также исследовать работоспособность отдельных агрегатов: теплообменника-конденсатора, влагоотделителя высокого давления, процессов утилизации сконденсированной влаги. В процессе испытаний была отработана конструкция влагоотделителя высокого давления и варианты конструкции теплообменника-конденсатора.

Анализ полученных экспериментальных данных позволяет сделать ряд выводов: при работе на влажном воздухе происходит значительное изменение температурного режима всей системы; теплота фазовых переходов соизмерима с теплотой конвективного теплообмена даже при относительно небольших значениях влажности; локальные изменения температуры в трактах теплообменника и в проточной части турбодетандера приводят к локальным процессам конденсации и испарения, которые вызывают существенные изменения температуры потока; обработка экспериментальных данных по осредненным термовлажностным параметрам приводит к существенным погрешностям в расчете тепловых потоков; методы расчета и проектирования теплообменных аппаратов для однофазных теплоносителей через осредненные характеристики неприменимы при работе на влажном воздухе.

Для сравнительного анализа рассчитаны средние значения коэффициента теплопередачи на влажном воздухе. Коэффициент теплопередачи отнесен к поверхности теплообмена и теплоте горячего тракта. Расчетные значения коэффициента теплопередачи представлены на рис.22 в сравнении с коэффициентами теплопередачи на сухом воздухе.

Из приведенных данных следует, что в условиях влажного воздуха численные значения коэффициентов теплопередачи увеличиваются в 1,2-2,5 раза. Количественное увеличение коэффициентов теплопередачи не имеет закономерного характера от содержания паровой влаги и температуры воздуха на входе в систему. Наблюдается только общая тенденция увеличения с увеличением расхода воздуха.

Отсутствие системного характера интенсификации теплопередачи обусловлено многообразием физических условий при работе на влажном воздухе. Процессы

фазового перехода (конденсации и испарения в трактах теплообменника) могут протека гь как на всей поверхности теплообмена, так и на отдельных участках. В результате поверхность теплообмена может содержать "сухие" и "влажные" зоны, величина и расположение которых зависят от температурных и влажностных характеристик потоков и температуры поверхности. В этих зонах имеются значительные отличия в интенсивности процессов теплоотдачи, изменения температуры потоков и, соответственно, интенсивности процесса теплопередачи.

Полученные экспериментальные данные позволяют определить только суммарный эффект протекания этих процессов в виде среднего значения коэффициента теплопередачи. Систематизация этих данных возможна только на основе физических и математических моделей процессов тепломассообмена в трактах и численного теплового расчета теплообменника. На основании результатов численного расчета можно выполнить оценку интегральных параметров потоков и процесса теплопередачи. Сравнение интегральных параметров с полученными экспериментальными данными может служить критерием адекватности физических моделей реальным условиям.

На основании проведенных экспериментальных исследований можно сделать вывод, что проблема обеспечения работоспособности теплообменника-конденсатора в условиях обмерзания может быть решена только в комплексе мероприятий. В качестве основных выводов можно выделить следующие:

-конструктивные мероприятия, обеспечивающие оптимальные гидродинамические условия холодного тракта теплообменника-конденсатора;

-проектирование и расчет теплообменника-конденсатора с учетом массооб-менных процессов в трактах и обеспечением положительной температуры поверхности теплообмена на всех участках холодного тракта;

-противообледенительные мероприятия, позволяющие повысить температуру холодного потока и теплообменной поверхности до положительного значения в наиболее тяжелых условиях обмерзания. Заключение

1. Развита теория воздушно-холодильных машин, которая позволила: -сформировать новые принципы условий реализации регенеративного теплообмена и выявить новые взаимосвязи процессов и параметров цикла. При этом

установлены области рациональности и целесообразности использования в качестве определяющих трех возможных условий реализации - условия сравнения 1,11,111 рода. Впервые установить, что применение регенерации по условиям III рода позволяет увеличить удельную холодопроизводительность цикла и получить более низкую температуру рабочего тела, но приводит к уменьшению холодиль ного коэффициента. Установить существование взаимосвязи между давлениями регенеративного и нерегенеративного циклов в условиях сравнения I и II рода и получить зависимость, позволившую устранить противоречие при использовании формулы B.C. Мартыновского для регенеративных циклов;

-ввести понятие моделей циклов по энергетическому балансу: циклы с полным балансом энергии и циклы с разделением работы, что является теоретическим обоснованием для создания моделей циклов всего класса воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха. Обосновать и ввести понятия области существования цикла и предельные условия реализации теоретических циклов;

-сформулировать новый подход к анализу и оценкам эффективности применения ступенчатого сжатия, доказать существование оптимального промежуточного давления и ввести понятие коэффициента сравнительной эффективности, определяющего эффект от применения ступенчатого сжатия. Установить, что применение ступенчатого сжатия наиболее эффективно в области повышенных давлений цикла;

-теоретически доказать ранее известное положение о независимости термодинамической эффективности цикла воздушно-холодильной машины от темперапур горячего и холодного источников, что дополнительно подтверждает преемственность разработанной теории.

2. Разработан метод комплексного анализа термодинамических циклов воздушно-холодильных машин, позволяющий на основе схемного построения и термодинамического цикла создать математическую модель выполнить ее анализ. Математическая модель рассматривается как многопараметрическая система, а ее анализ позволяет получать новые данные по внутренним связям системы, области существования и предельным условиям, влиянию исходных параметров и сравнительной эффективности.

3. Впервые разработана модель термодинамического цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационных систем кондиционирования воздуха (АВВХМ) и выполнен комплексный анализ. Для полного определения термодинамической эффективности введены понятия теоретического и практического холодильных коэффициентов и получены зависимости для их расчета. Установлено существование эффекта инверсии теплового потока в процессе атмосферного теплообмена.

Разработана методика определения области существования цикла, выполнен анализ влияния исходных параметров, установлено существование оптимального давления цикла и давления атмосферного воздуха, получены зависимости для их определения и рассмотрен механизм формирования оптимальных условий. Выполнен анализ оптимальных условий реализации цикла и установлено два варианта оптимальной реализации: вариант достижения максимальной термодинамической эффективности и вариант получения максимальной холодопроизводительно-сти.

Разработана модель термодинамического цикла АВВХМ с двухступенчатым сжатием. Получены зависимости для определения термодинамической эффективности цикла и оптимального промежуточного давления. Предложена методика определения области работоспособности цикла в форме коэффициента распределения работы. Выполнен сравнительный анализ и определена область наиболее рационального использования ступенчатого сжатия.

4. Разработана система классификации регенеративных циклов и создана модель регенеративного термодинамического цикла АВВХМ по схеме (ГК+ТР). Получены зависимости для определения термодинамической эффективности и выполнен комплексный анализ цикла. Установлено, что практический холодильный коэффициент цикла не зависит от скорости полета, поэтому практическая реализация этой схемы наиболее целесообразна для скоростных самолетов и в условиях повышенных температур атмосферного воздуха.

Рассмотрен вариант этой схемы с двухступенчатым сжатием, определены условия оптимальной реализации цикла, выполнен сравнительный анализ в форме коэффициента сравнительной эффективности и установлены области рационального использования этой схемы.

5. Разработаны модели термодинамических циклов с регенеративной осушкой влажного воздуха (схемы (ТР+ГК) и (ТР+ТК+ГК)) и выполнен комплексный анализ. Доказано, что применение регенеративных схем с осушкой влажного воздуха приводит к значительному снижению термодинамической эффективности цикла. В наибольшей степени это относится к первой схеме, для второй схемы установлено, что введение теплообменника-регенератора компенсирует негативное влияние теплообменника-конденсатора и позволяет увеличить термодинамическую эффективность цикла.

Выполнен анализ температурных условий схемы (ТР+ТК+ГК) и установлено существование граничного значения температуры точки 5, при которой температура не зависит от величины тепловой эффективности. Разработана методика определения граничных параметров.

Выполнен сравнительный анализ циклов и показано, что регенеративный цикл по схеме (ТР+ТК+ГК) в условиях сравнения I рода может быть реализован только при более высоком уровне давления, чем нерегенеративный цикл. Разработана методика определения оптимальных условий реализации цикла.

6. Выполнена систематизация термодинамических циклов воздушно-холодильных машин и предложен ряд новых перспективных для практической реализации схем.

7. В результате экспериментальных исследований подсистемы регенеративной осушки влажного воздуха разработана конструктивная схема теплообменника-конденсатора, обеспечивающая работоспособность в условиях обмерзания при отрицательных температурах и разработаны высокоэффективные влагоотделите-ли высокого давления. Сформулирован комплекс мероприятий по обеспечению работоспособности системы в условиях обмерзания

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Дьяченко Ю.В., Пешков АА, Чичиндаев А.В. Оптимизация конструкции конденсатора, охлаждаемого влажным воздухом с отрицательной температурой. //Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах //Тез. докл. 8 Всес. конф. -Л., 1990. -Т.З. -с.235-236.

2. Дьяченко Ю.В. Газовые циклы. Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ. 1993.-30 с.

3. Дьяченко Ю.В. Тепловые машины. Часть 3. Холодильные установки. Учеб. пособие. -Новосибирск: Изд-во НГТУ. 1997. -36 с.

4. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Исследование теплопередачи в компактном теплообменнике, работающем на двухфазных теплоносителях. //Теплофизика и теплоэнергетика: проблемы науки и образования. -Труды семинара вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике. Новосибирск, 1999. -Новосибирск: ИТФ СОРАН, 2000. -с. 25-32.

5. Дьяченко Ю.В. Численное моделирование и исследование эффективности работы систем кондиционирования воздуха. //Матер. 6 Всероссийской науч.-техн. конф. "Энергешка: 'экология, надежность, безопасность". -Томск: Изд-во Томск, политехи, ун-та. 2000. -Т.1. -с. 82-84.

6. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Особенности тепломассообмена в компактных теплообменниках //Тепломассообмен ММФ-2000. Труды IV Минского межд. форума. -Минск. "АНК ИТМО им. А.В.Лыкова" НАНБ, 2000. -Т.5: Тепломассообмен в двухфазных системах, -с. 336-339.

7. Дьяченко Ю.В. Исследование процессов осушки влажного воздуха в воздушно-холодильных машинах // Матер, докл. Российского нац. симп. по энергетике РНСЭ-2001 .Казань: КГЭУ, 2001.Т. 1. -с. 239-242.

8. Дьяченко Ю.В. Тепломассообмен газокапельных потоков в теплообмен-ных устройствах воздушно-холодильных машин // РНКТ-3,2002, с. 3.

9. Дьяченко Ю.В., Шкваркина Е.В. Исследования в области воздушно-холодильных машин, работающих по регенеративному усовершенствованному циклу // XXVI Сибирский тешюфизический семинар. Институт теплофизики СОРАН, Новосибирск, 17-19 июня 2002, с. 17.

10. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Исследование эффективности работы системы кондиционирования воздуха. // Экологически перспективные системы и технологии: Сб. научн. тр. -Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2002. -Вып.5. -9с.

11. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Особенности работы авиационных систем кондиционирования на влажном воздухе: Учеб. пособие. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - 80 с.

12. Дьяченко Ю.В. Термодинамический анализ обратимых регенеративных циклов воздушно-холодильных машин //Научный вестник НГТУ, 2003. №1(14), с. 37-50.

13. Дьяченко Ю.В., Левин. В.Е. Термодинамический анализ обратимого цикла воздушно-холодильной машины с разделением работы //Научный вестник НГТУ, 2003. №1(14), с. 51-59.

14. Дьяченко Ю.В. Термодинамический анализ обратимого цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационной системы кондиционирования воздуха //Авиакосмическое приборостроение, 2004. №3, с. 41-48.

15. Дьяченко Ю.В. Обратимый цикл воздушно-холодильной машины в составе авиационной системы кондиционирования воздуха // Авиакосмическое приборостроение. 2004. №3, с. 34-41.

16. Дьяченко Ю.В., Спарин ВА, Чичиндаев А.В. Системы жизнеобеспечения летательных аппаратов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, (серия "Учебник НГТУ "), 2003.-512с.

17. Дьяченко Ю.В. Регенеративные циклы воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха машин //Научный вестник НГТУ, 2004. №2(16), с. 61-74.

18. Дьяченко Ю.В. Оптимизация цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационной системы кондиционирования воздуха // Теплоэнергетические системы и агрегаты: Сб. научн. тр. /Под ред. Г.В. Ноздренко, Ю В. Овчинникова. Новосибирск: Изд. НГТУ, вып. 8,2004. с. 300-320.

19. Terekhov V.I., Dyachenko Y.V., Chichindaev A.V., Pakhomov MA A heart-transfer study of a water-aerosol flow in a compact heat exchanger // Proc. of the Intern. Symp. On Compact Heart Exchangers. -Grenoble, Edizion ETS PISA, 2002. -P. 233238. (Исследование процессов тепломассообмена потока с водным аэрозолем в компактных теплообменниках).

20. Dyachenko Yu.V., Chichindaev AV. Research of Heat Transfer in the Compact Heat Exchanger Working on Twophase Heart Carriers. // Proc. of the Fourth Intern. Symp. Multiphase Flow and Heat Transfer. Xi'an, Aug. 22-24, 1999. - Xi'an,, China, 1999. -V.3. -P.41-48. (Исследование теплопередачи в компактных теплообменниках работающих на двухфазных теплоносителях).

21. Dyachenko YuV., Chichindaev AV. Features Of Air Conditioning Systems With Separation Of A Moisture On High Pressure // KORUS 2000: Proc. of the 4th Korea-Russia- Intern. Symp. on Science and Technology. - Ulsan, Korea: UU, 2000. - Vol. 3. Machine Parts and Materials Processing. - P. 196-200. (Системы кондиционирования воздуха с отделением водяного пара на высоком давлении).

22. Dyachenko YuV., Chichindaev AV. Numerical Modeling And Research of Work For Air Conditioning System // KORUS 2001: Proc. of the 5th Korsa-Russia-Intern. Symp. on Science and Technology. - Tomsk, Russia: TPU, 2001. - Vol. 1. - P. 18. (Численное моделирование и исследование работы системы кондиционирования воздуха).

23. Dyachenko YuV. Thermodynamic analysis of cycles aircraft air conditioning systems. //KORUS 2002: Proc. of the 6* Korea-Russia Intern. Symp. on Science and Technology. -Novosibirsk, Russia :NSTU, 2002. V.2. - P.31-35. (Термодинамический анализ циклов авиационных систем кондиционирования воздуха).

24. Аристархов Д.Н., Аристархов ЮД, Дьяченко Ю.В. Свидетельство на полезную модель, №15968. Очиститель газов. 2000. -2с.

25. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Система кондиционирования воздуха. А с. №13062559, НКИ 9/00 В64Д 13/00,1987,6 с.

26. Дьяченко Ю.В., Пешков АА Теплообменник. Ас. №1556252,1989,4 с.

' в атмосферу

Рис 14 Регенеративная АВВХМ по схеме (ТР+ ГК), 1- воздухозаборники, 2-турбокомпрессор, 3-атмосферный теплообменник, 4- теплообменник-регенератор, 5-турбодетандер, ГК- гермокабина, САРД- система автоматического регулирования давления

\ Fotmp \ЬЛВЯХМ{ТГ+ГК)

но1

Ги-

.0» Ррк,Па

Рис 15 Термодинамический цикл peí ене-ративной АВВХМ по схеме (ТР + ГК)

в атмосферу

Рис 16 Зависимость теоретического холодильного коэффициента регешра тивного цикла по схеме (ТР+ГК)

Рис 17 Схема регенеративной АВВХМ по схеме (ТР+ТК+ГК), 1- воздухозаборники, 2-турбокомпрессор, 3-атмосферный теплообменник, 4-теплообменник-регенератор, 5-влагоотделитель, 6-теплообменник-конденсагор, 7-турбодетандер, ПС-гермокабина, САРД- система автоматического регулирования давления

обтр

ь АВВХМ (ТГ+ТК + ГК)

Рис 18 Термодинамический цикл регене ративной АВВХМ по схеме < ГР+ТК+1 К)

Рис 19 Зависимость теоретического холоди 1ьного коэффициента ог теплоном эффективности ГР и ТК

Рис 20 Регенеративная АВВХМ но схеме (ТР+1К+ГК) со ступенчатым сжатием I-воздухолаборники, 2 турбокомпрессор,3 атмосферный охладитель,4 промежуточный турбокомпрессор, 5 промежуточный «пмоеферный охладитель, 6 теплообменник -ре!енераюр, 7 влагоотдели1ель 8 турбодетандер, 9 теплообменник конденсатор, ГК гермокабина, САРД система автомат ическо! о регулирования давления

Т| ^ я

} г* град

Рис 21 Термодинамический цикл ре генеративной АВВХМ по схеме (ТР+ТК+ГК) со ступенчашм сжатием

016 018 0 20 0 22 О W 028 0,2В 0.30 032 0 34 ОЭвОЭВ 040

г М, кг/с

Рис 22 Ср шиение экспериментальных значений коэффициента теплопередачи на сухом и влажном воздухе

Подписано ■ печать 14 10 2004 Формат 60 х 84 1/16 Бумага офсетам Тираж 120 ж _Уч им л 2 25 Пен л 2.5 Заказ 5В0 _

Отпечатаю в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092 г Новосибирск пр К Маркса, 20

# 1 977 1

РНБ Русский фонд

2005-4 17376

Список принятых обозначений и сокращений.

Г ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Анализ современного состояния работ и перспективы развития воздушно-холодильных машин

1.1. Общая характеристика воздушно-холодильных машин.

1.2. Теоретический (обратимый) цикл ВХМ.

1.3. Регенеративный обратимый цикл ВХМ.

1.4. Реальный (необратимый) цикл ВХМ.

1.5. Воздушно-холодильные машины с регенеративной осушкой влажного воздуха.

1.6. Воздушно-холодильные машины с регенеративной осушкой влажного воздуха в составе авиационных систем кондиционирования воздуха.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА II. Термодинамический анализ обратимых циклов воздушно

1 ■ холодильных машин

2.1. Цикл воздушно-холодильной машины по модели полного баланса энергии.

2.2. Цикл воздушно-холодильной машины с разделением работы.

2.3. Регенеративный цикл воздушно-холодильной машины с полным балансом энергии.

2.4. Регенеративный цикл воздушно-холодильной машины с разделением работы.

2.5. Цикл воздушно-холодильной машины ступенчатого сжатия по модели полного баланса энергии.

2.6. Цикл воздушно-холодильной машины ступенчатого сжатия по модели цикла с разделением работы.

2.7. Регенеративный цикл воздушно-холодильной машины ступенчатого сжатия по модели полного баланса энергии.

2.8. Регенеративный цикл воздушно-холодильной машины ступенчатого сжатия по модели цикла с разделением работы.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА III. Комплексный анализ обратимого цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационных систем кондиционирования воздуха

3.1. Обратимый цикл воздушно-холодильной машины в составе авиационных систем кондиционирования воздуха.

3.2. Частные случаи и предельные температурные условия цикла.

3.3. Область существования и предельные условия цикла.

3.4. Исследование влияния исходных параметров на термодинамическую эффективность цикла.

3.5. Анализ оптимальных условий реализации цикла.

3.6. Цикл ступенчатого сжатия.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА IV. Комплексный анализ регенеративных циклов воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха.

4.1. Регенеративный цикл воздушно-холодильной машины по схеме (ГК+ТР).

4.2. Частные случаи и предельные температурные условия реализации регенеративного цикла по схеме (ГК+ТР).

4.3. Анализ влияния исходных параметров на термодинамическую эффективность регенеративного цикла по схеме (ГК+ТР).

4.4. Анализ оптимальных условий реализации регенеративного цикла по схеме (ГК+ТР).

4.5. Регенеративный цикл по схеме (ГК+ТР) в условиях сравнения

III рода.

4.6. Сравнительный анализ нерегенеративного и регенеративного циклов по схеме (ГК+ТР).

4.7. Регенеративный цикл по схеме (ГК+ТР) ступенчатого сжатия.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА V. Комплексный анализ циклов воздушно-холодильных машин с регенеративной осушкой влажного воздуха.

5.1. Регенеративный цикл воздушно-холодильной машины по схеме (ТР+ГК).

5.2. Частные случаи и предельные условия реализации регенеративного цикла по схеме (ТР+ГК).

5.3. Исследование влияния исходных параметров на термодинамическую эффективность регенеративного цикла по схеме (ТР+ГК).

5.4. Регенеративный цикл воздушно-холодильной машины по схеме (ТР+ТК+ГК).

5.5. Термодинамическая эффективность регенеративного цикла по схеме (ТР+ТК+ГК).

5.6. Частные случаи и предельные условия регенеративного цикла по схеме (ТР+ТК+ГК).

5.7. Анализ влияния исходных параметров и оптимизация регенеративного цикла по схеме (ТР+ТК+ГК).

5.8. Сравнительный анализ регенеративного цикла воздушно-холодильной машины по схеме (ТР+ТК+ГК).

5.9. Регенеративный цикл воздушно-холодильной машины по схеме (ТР+ТК+ГК) ступенчатого сжатия.

5.10. Систематизация циклов воздушно-холодильных машин и перспективные направления развития схемных решений.

Выводы по главе 5.

ГЛАВА VI. Экспериментальное исследование регенеративных систем осушки влажного воздуха воздушно-холодильных машин.

6.1. Особенности работы воздушно-холодильных машин на влажном воздухе и общая характеристика принципа регенеративной осушки влажного воздуха.

6.2. Анализ физических условий и процессов тепломассообмена в агрегатах регенеративной системы осушки воздуха.

6.3. Экспериментальное исследование регенеративной системы осушки воздуха.

Выводы по главе 6.

Воздушно-холодильные машины (ВХМ) имеют ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с другими способами получения холода. Главными преимуществами являются: высокая экологическая чистота, простота и безопасность в эксплуатации, доступность рабочего тела. Основным недостатком ВХМ является низкая термодинамическая эффективность.

В настоящее время ВХМ находят применение в тех случаях, когда использование других способов получения холода недопустимо или нецелесообразно. Они используются в качестве источника холода в хранилищах крови и ее компонентов, в климатических камерах испытательных стендов тепловых двигателей, в технологических установках, где рабочей средой является воздух и ряде других случаев.

Однако имеется область техники, в которой ВХМ является единственно приемлемым способом получения холода. Этой областью является авиационная техника, где ВХМ используется в системах обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) экипажа и пассажиров. СОЖ состоит из двух основных элементов: гермокабины (ГК), обеспечивающей изоляцию от внешних атмосферных условий и системы кондиционирования воздуха (СКВ), обеспечивающей необходимые для нормальной жизнедеятельности параметры атмосферы в ГК.

Система кондиционирования воздуха поддерживает в объеме ГК требуемый уровень давления и температуру воздуха, кратность обмена воздуха и состав воздуха по содержанию углекислого газа и водяных паров. Для обеспечения требуемого температурного режима в СКВ формируются "горячий" и "холодный" потоки воздуха. "Горячий" поток формируется отбором воздуха от компрессора силовой установки (турбореактивного двигателя). "Холодный" поток формируется в воздушно-холодильной машине, являющейся подсистемой СКВ. Смешение этих потоков позволяет поддерживать требуемый уровень температуры в ГК на всех режимах полета.

Использование в авиационных СКВ воздушно-холодильной машины в качестве источника холода определяется следующими причинами:

- возможность отбора сжатого воздуха от компрессора силовой установки;

- высокая эффективность процесса сжатия в турбокомпрессоре силовой установки и, соответственно, минимальные затраты работы на организацию этого процесса;

- высокая степень чистоты сжатого воздуха;

- возможность регулирования температуры воздуха, поступающего в ГК, простым смешением "горячего" и "холодного" потоков;

- отсутствие промежуточных теплоносителей, т.к. воздух является рабочим телом ВХМ и средой обитания в ГК.

Теоретическое обоснование обратимого цикла ВХМ было выполнено в работах B.C. Мартыновского в начале 50-х годов прошлого века. Им же был выполнен анализ причин необратимости реального цикла, предложен регенеративный цикл и предложена методика расчета реальных циклов. Дальнейшее развитие теория ВХМ получила в работах М.Г. Дубинского, А.В. Мель-цера, Н.Н. Кошкина и ряда других ученых. Все эти работы выполнены в 5070-х годах прошлого века. Этот период времени характеризуется повышенным интересом к ВХМ, и именно тогда в нашей стране был разработан ряд воздушно-холодильных машин для серийного производства типа ТХМ-1, ТХМ-2, ТХМ-3. Однако эти холодильные машины были неконкурентноспособны с парокомпрессионными машинами, выпускались ограниченными сериями. Поэтому интерес к воздушно-холодильным машинам упал и теория ВХМ, методы термодинамического анализа циклов не получили дальнейшего развития.

Следует отметить, что в термодинамическом анализе циклов очень большое значение имеет представление обратимого, т.е. идеального для данных условий цикла. Представление обратимого цикла позволяет создать наиболее простую физическую и математическую модели цикла, разрабатывать на их основе реальный цикл, анализировать основные закономерности цикла и получать аналитические расчетные зависимости, определять оптимальные условия реализации цикла, оценивать влияние исходных параметров на термодинамическую эффективность и область существования цикла. Таким образом, полный термодинамический анализ циклов представляет собой комплекс частных задач. В настоящее время такой комплексный подход к анализу циклов ВХМ отсутствует.

В авиационной технике применение воздушно-холодильной машины в составе СКВ (АВВХМ) началось с эпохи реактивной авиации. Однако длительное время основным требованием к АВВХМ являлось не термодинамическое совершенство, а безотказность в работе всей системы, высокая надежность агрегатов, небольшой установочный вес и габариты и т.д. Поэтому развитие СКВ и АВВХМ шло по пути совершенствования агрегатного состава, (силовой установки, турбохолодильной установки, теплообменной аппаратуры и т.д.). В результате этой работы агрегаты современных систем имеют очень высокие технические характеристики: кпд турбокомпрессора достигает значения 0,9-0,95; кпд турбодетандера 0,95-0,98; тепловая эффективность те-плообменных аппаратов 0,75-0,85. Однако термодинамическая эффективность цикла АВВХМ остается на слишком низком уровне, как правило, она не превышает 0,5-0,7.

Основной причиной этого является наличие в атмосферном воздухе водяных паров. В процессе адиабатного расширения и охлаждения воздуха в турбодетандере происходит конденсация водяных паров, и - при отрицательных температурах - кристаллизация конденсата и обмерзание проточной части системы. Интенсивность процессов обмерзания достаточно высока и может привести к полному загромождению проточной части магистралей, агрегатов и выходу системы из строя. Для исключения этих явлений в СКВ поддерживалась на выходе турбодетандера положительная температура + 5°С.

В результате этого ограничения резко уменьшалась удельная холодо-производительность системы и термодинамическая эффективность цикла АВВХМ. Уменьшение удельной холодопроизводительности можно компенсировать только увеличением расхода воздуха "холодного" потока. Именно поэтому в СКВ такого типа расходы воздуха значительно больше, чем нормативные значения на вентиляцию ГК [108]. Увеличение расхода отбираемого от компрессора силовой установки воздуха приводит к уменьшению тяги и уменьшению дальности полета. В результате приведенная взлетная масса системы кондиционирования воздуха увеличивается, что эквивалентно уменьшению полезной нагрузки летательного аппарата (JIA).

В 70-х годах появились патенты на схемы СКВ [104], позволяющие осуществлять осушку сжатого влажного воздуха путем его охлаждения и конденсации водяного пара. Этот принцип основан на термодинамической особенности влажного воздуха, заключающейся в том, что с увеличением давления влагоемкость воздуха уменьшается. Охлаждение воздуха в этих схемах осуществляется регенерацией холода, поэтому авиационные специалисты называют их "петлевыми схемами", а процесс осушки влажного воздуха можно назвать "вымораживанием".

Применение петлевых схем позволило снять все ограничения на температурные режимы и фактически привело к появлению нового поколения СКВ. Для этих систем характерны очень низкие температуры воздуха за турбодетандером, (-60°С при работе на сухом воздухе и -30°С при работе на влажном воздухе). Это приводит к значительному увеличению удельной хо-лодопроизводительности и уменьшению расхода воздуха, отбираемого от компрессора силовой установки. Применение двухступенчатого сжатия позволяет уменьшить и давление отбираемого от силовой установки воздуха, что также приводит к уменьшению приведенной взлетной массы системы.

Петлевые схемы СКВ применяются практически на всех современных зарубежных самолетах, таких как Боинг-757(767), А-ЗОО(ЗЮ). В нашей стране такая схема СКВ реализована на самолетах ТУ-204 (224, 334) и ИЛ-96. Разработка системы для самолетов ТУ выполнена в НПО "Наука", являющейся ведущей организацией в области авиационных систем кондиционирования воздуха.

Анализ петлевых схем показывает, что элементы регенеративного теплообмена и двухступенчатого сжатия относятся к подсистеме подготовки "холодного" потока, т.е. к схеме АВВХМ. Поэтому теоретический анализ петлевых схем может быть выполнен только в рамках анализа регенеративных АВВХМ. В настоящее время в отечественной и зарубежной литературе полностью отсутствует информация о проведении таких работ. Единственной работой является публикация Ю.М. Шустрова [108], в которой анализируется петлевая схема с теплообменником-регенератором. Для проведения теоретического анализа петлевых схем необходимо развитие общей теории ВХМ применительно к регенеративным циклам, циклам со ступенчатым сжатием и расширением. Ввиду специфических особенностей, отдельной задачей является представление цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационных СКВ.

При разработке СКВ используются только инженерные методики расчета и проектирования, и в них не выделен расчет и анализ АВВХМ. В инженерной методике расчета целый ряд исходных параметров цикла задается на основе ранее разработанных аналогов или опыта и интуиции проектировщика. Кроме того, такая методика не опирается на физическую и математическую модели всей системы, поэтому не может определить оптимальные условия реализации. В настоящее время сложилась парадоксальная ситуация — высокий технический уровень агрегатного состава сочетается с полным отсутствием теоретического представления и анализа АВВХМ.

Практическая реализация системы осушки влажного воздуха в регенеративных АВВХМ обозначила еще целый ряд научно-технических проблем. Наиболее важной из них является обеспечение работоспособности системы в условиях возможного обмерзания низкотемпературных зон. По физическим условиям охлаждение сжатого влажного воздуха можно выполнить до температуры + (5-7)°С. При этом влажный воздух является насыщенным и в нем присутствует остаточная паровая влага. В процессе расширения в турбо-детандере остаточная паровая влага конденсируется и кристаллизуется.

Результаты экспериментальных исследований [2, 88] свидетельствуют о том, что в выходном патрубке турбохолодильника остаточная влага существует в виде образований снега и переохлажденной мелкодисперсной капельной влаги. Капли имеют размеры в несколько микрон и представляют из себя искусственный туман. В условиях низких отрицательных температур потока и отрицательных температур поверхности теплообмена теплообменника-конденсатора наиболее крупные капли оседают на поверхность и кристаллизуются. Несмотря на относительно небольшое содержание остаточной влаги, при больших расходах потока воздуха происходит интенсивное обмерзание поверхности теплообмена. В результате происходит резкое увеличение давления в выходном патрубке турбохолодильника и работоспособность всей системы нарушается.

Для решения проблемы обмерзания низкотемпературных зон необходимо проведение комплекса исследований и разработка методик теплового расчета теплообменных аппаратов, работающих в условиях совместно протекающих процессов тепломассообмена. В настоящее время в отечественном авиастроении эта проблема полностью не решена.

Атмосферный воздух находит очень широкое применение в современной технике как рабочее тело или технологическая среда. В процессах обработки воздуха атмосферная паровая влага может конденсироваться в капельную, а капельная - кристаллизоваться. Это приводит к коррозии магистралей и элементов пневмосистем, нарушению технологических условий, сбою в работе систем управления, отказам в работе элементов систем пневмоавтоматики.

В настоящее время эти проблемы решаются путем использования абсорбционных методов осушки воздуха. Однако этот метод имеет ряд недостатков: необходимость периодической регенерации абсорбента, необходимость очистки воздуха от капель воды и масла, частиц пыли и грязи, значительные весо-габаритные характеристики и т.д. Поэтому этот метод не нашел широкого применения.

Более перспективным способом осушки влажного воздуха является "вымораживание" водяного пара, точнее, охлаждение сжатого воздуха до температуры, при которой происходит конденсация водяного пара. Сконденсированная влага сепарируется из потока, а источником холода может быть атмосферный воздух или холодильная машина. В воздушно-холодильных машинах этот способ может быть использован без дополнительных затрат энергии.

Актуальность работы. В 1986 году на международной конференции был принят Протокол по веществам, разрушающим озонный слой, который вступил в силу с 1 января 1989 г. Протоколом установлены группы озоноак-тивных веществ, в том числе хладагентов, производство и потребление которых должны контролироваться и регулироваться в каждой стране. Полное вступление в силу всех ограничений, несомненно, приведет к уменьшению области применения ПКХМ и парка этих машин. В связи с этим весьма актуальным является разработка альтернативных способов получения холода.

В ряду альтернативных способов особое место должны занять воздушно-холодильные машины. Однако, для этого необходима разработка нового поколения ВХМ, работающих по усовершенствованным циклам (регенеративным, регенеративно-осушительным, со ступенчатым сжатием и расширением и их комбинации). Это позволит значительно увеличить термодинамическую эффективность цикла и сделать ВХМ вполне конкурентноспособной по отношению к ПКХМ. Такие воздушно-холодильные машины найдут область применения в современной технике и промышленности.

В современной авиационной технике актуальной является проблема увеличения термодинамической эффективности воздушно-холодильных машин в составе систем кондиционирования воздуха. Экономичность авиационных систем определяется приведенной взлетной массой, которая представляет сумму установочной массы и ее приращения, определяемого величиной отбираемого расхода воздуха и механической работы от силовой установки, увеличением аэродинамического сопротивления самолета воздухозаборниками системы и т.д. Применение воздушно-холодильных машин, работающих по усовершенствованным циклам с оптимизированными параметрами, позволяет значительно уменьшить расход воздуха в "холодной" линии и отбор механической работы, уменьшить приведенную взлетную массу системы и увеличить полезную нагрузку, а также увеличить степень комфортности в гермокабине.

Эта проблема является составной частью общей проблемы систем кондиционирования воздуха — обеспечение максимальной эффективности и экономичности системы. Для решения этой проблемы необходимы научно обоснованные методики расчета, проектирования и оптимизации систем. Решение оптимизационных задач требует теоретического обоснования и модельных представлений о системе кондиционирования в целом и ее структурных элементов.

Принцип "вымораживания" паровой влаги из атмосферного воздуха имеет вполне самостоятельное значение для промышленных и транспортных пневмосистем. Трудно оценить убытки от коррозии металлов, уменьшения ресурса и выхода из строя элементов пневмоавтоматики и исполнительных устройств, обусловленных конденсацией и кристаллизацией паровой влаги из атмосферного воздуха. Однако они могут быть существенно уменьшены при использовании систем осушки методом "вымораживания" паровой влаги. При использовании атмосферного холода энергопотребление таких систем осушки можно свести к минимуму.

В современной промышленности широкое применение находят ожи-женные компоненты атмосферного воздуха. Производят такие компоненты в криогенных ожижительных установках, работающих по циклам Линде, Клода и Хейландта [23]. Теоретические основы процессов охлаждения воздуха в этих циклах полностью аналогичны процессам ВХМ. Методы термодинамического анализа, предложенные в данной работе, могут быть использованы для разработки моделей и анализа ожижительных циклов. В результате такого анализа можно аналитически установить основные закономерности и оптимальные параметры ожижительных циклов.

Целью работы была разработка теоретического обоснования и экспериментальное исследование регенеративных систем осушки влажного воздуха воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха. В соответствии с общей целью были поставлены следующие конкретные задачи:

-развитие общей теории воздушно-холодильных машин, в том числе теории регенерации, ступенчатого сжатия, регенеративной осушки влажного воздуха;

-разработка методик комплексного термодинамического анализа обратимых циклов воздушно-холодильных машин и системного представления циклов; -разработка термодинамических циклов класса воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха;

-проведение комплексного термодинамического анализа обратимых циклов воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха;

-проведение экспериментальных исследований работы воздушно-холодильных машин на влажном воздухе, разработка физических моделей процессов тепломассообмена;

-изучение условий обеспечения работоспособности регенеративной системы осушки воздуха в условиях обмерзания.

Для решения поставленных задач был разработан метод комплексного анализа обратимых термодинамических циклов воздушно-холодильных машин. Использование этого метода предполагает создание математической модели на основе схемного построения и термодинамического цикла этой схемы. Математическая модель представляет собой систему уравнений, описывающих термодинамическую эффективность цикла и процессы цикла. Анализ математической модели позволяет получить новые данные по области существования цикла, влиянию исходных параметров, оптимизации цикла и т.д.

Для оценки достоверности и систематизации полученных результатов разработан метод системного представления термодинамических циклов. Использование этого метода позволило свести все многообразие термодинамических циклов в единую, взаимосвязанную систему путем приведения более сложных циклов к более простым, а в итоге к четырем базовым типам циклов.

Для решения задач экспериментальных исследований использован метод натурных теплофизических исследований. В диссертации получены следующие новые научные результаты:

• развита общая теория воздушно-холодильных машин;

• разработано теоретическое обоснование и представлен обратимый цикл воздушно-холодильной машины в составе авиационных систем кондиционирования воздуха;

• разработано теоретическое обоснование современных регенеративных систем осушки влажного воздуха воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха;

• разработан метод и выполнен комплексный термодинамический анализ обратимых циклов воздушно-холодильных машин;

• разработано системное представление обратимых циклов воздушно-холодильных машин и выполнена общая систематизация циклов;

• выполнен комплекс экспериментальных исследований регенеративных систем осушки влажного воздуха и сформулированы основные условия обеспечения работоспособности теплообменника-конденсатора в условиях обмерзания.

Автор выражает глубокую признательность член-корреспонденту РАН Э.П. Волчкову, доктору технических наук В.И. Терехову, сотрудникам кафедры "Технической теплофизики" НГТУ и филиала кафедры при Институте теплофизики СОР АН, сотрудникам Научно-исследовательской лаборатории охлаждающим систем за оказанную помощь в постановке данной работы, обсуждении и анализе полученных результатов.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы из 113 работ и приложений.

Основные результаты выполненной научно-исследовательской работы могут быть обобщены в следующих положениях:

1. Развита теория воздушно-холодильных машин, которая позволила: -сформировать новые принципы условий реализации регенеративного теплообмена и выявить новые взаимосвязи процессов и параметров цикла. Установить области рациональности и целесообразности использования в качестве определяющих трех возможных условий реализации — условий сравнения 1,11,III рода. Впервые определить, что применение регенерации по условиям III рода позволяет увеличить удельную холодопроизводительность цикла и получить более низкую температуру рабочего тела, но приводит к уменьшению холодильного коэффициента. Установить существование взаимосвязи между давлениями регенеративного и нерегенеративного циклов в условиях сравнения I и II рода и получить зависимость, позволившую устранить противоречие при использовании формулы B.C. Мартыновского для регенеративных циклов;

-ввести понятие моделей циклов по энергетическому балансу (циклы с полным балансом энергии и циклы с разделением работы), что является теоретическим обоснованием для создания моделей циклов всего класса воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха. Обосновать и ввести понятия области существования цикла и предельные условия реализации теоретических циклов;

-сформулировать новый подход к анализу и оценкам эффективности применения ступенчатого сжатия, доказать существование оптимального промежуточного давления и ввести понятие коэффициента сравнительной эффективности, определяющего эффект от применения ступенчатого сжатия. Ввести понятие предельного промежуточного давления цикла и выполнить анализ предельных условий. Установить существование максимума холодильного коэффициента цикла при его реализации с оптимальным промежуточным давлением и выполнить анализ условий существования максимума по исходным параметрам. Установить, что применение ступенчатого сжатия наиболее эффективно в области повышенных давлений цикла;

-теоретически доказать ранее известное положение о независимости термодинамической эффективности цикла воздушно-холодильной машины от температур горячего и холодного источников, что дополнительно подтверждает преемственность разработанной теории.

2. Разработан метод комплексного анализа термодинамических циклов воздушно-холодильных машин, позволяющий на основе схемного построения и термодинамического цикла создать математическую модель и выполнить ее анализ. Математическая модель рассматривается как многопараметрическая система, а ее анализ позволяет получать новые данные по внутренним связям системы, области существования и предельным условиям, влиянию исходных параметров и сравнительной эффективности.

3. Разработан метод системного представления циклов воздушно-холодильных машин. Выделена система четырех базовых циклов, к которым приводятся все варианты циклов, а зависимости для холодильных коэффициентов трансформируются в зависимости базовых циклов.

4. Разработан обратимый цикл воздушно-холодильной машины в составе авиационной системы кондиционирования воздуха (АВВХМ). Предложена оценка термодинамической эффективности цикла АВВХМ в виде теоретического и практического холодильных коэффициентов. Получены аналитические зависимости для холодильных коэффициентов. Рассмотрены частные случаи реализации АВВХМ и выполнен анализ предельных условий существования цикла. Установлено существование эффекта инверсии теплового потока в процессе атмосферного теплообмена и получена зависимость для определения температуры инверсии. Выполнен анализ влияния исходных параметров на теоретический и практический холодильный коэффициент.

Установлено существование оптимальных условий реализации цикла АВВХМ, получены аналитические зависимости для их определения и выполнен анализ влияния исходных параметров. Показано существование двух вариантов оптимальной реализации: вариант достижения максимальной термодинамической эффективности и вариант получения максимальной холодо-производительности.

Разработана модель термодинамического цикла АВВХМ с двухступенчатым сжатием. Получены зависимости для определения термодинамической эффективности цикла и оптимального промежуточного давления. Предложена методика определения области работоспособности цикла в форме коэффициента распределения работы. Выполнен сравнительный анализ и определена область наиболее рационального использования ступенчатого сжатия.

5. Разработана система классификации регенеративных циклов АВВХМ по схемному расположению потребителя холода (ГК), теплообменника-конденсатора (TP) и теплообменника-регенератора (TP). Разработаны обратимые циклы регенеративных АВВХМ по схемам (ГК+ТР), (ТР+ГК), (ТР+ГК+ТК).

Выполнен комплексный термодинамический анализ регенеративной АВВХМ по схеме (ГК+ТР). Получены зависимости для холодильных коэффициентов регенеративного цикла, рассмотрены частные случаи реализации регенеративного цикла и предельные температурные условия реализации. Получена зависимость для температуры инверсии регенеративного цикла и выполнен анализ предельных условий существования. Выполнен анализ влияния исходных параметров на термодинамическую эффективность регенеративного цикла АВВХМ по схеме (ГК+ТР). Установлено существование оптимального давления цикла, получены аналитические зависимости для его определения и выполнен анализ оптимальных условий реализации.

Рассмотрен вариант этой схемы с двухступенчатым сжатием, определены условия оптимальной реализации цикла, выполнен сравнительный анализ в форме коэффициента сравнительной эффективности и установлены области рационального использования этой схемы.

6. Разработан обратимый цикл регенеративной АВВХМ по схеме (ТР+ГК) в общем виде и для частных случаев реализации. Получены зависимости для теоретического и практического холодильных коэффициентов регенеративного цикла. Выполнен термодинамический анализ регенеративного цикла в условиях сравнения I рода, установлено, что в этих условиях регенеративный цикл может быть реализован только при большем уровне давления, чем в нерегенеративном цикле, вследствие необратимости процесса регенеративного теплообмена. Получена зависимость, связывающая давления сравниваемых циклов, выполнен анализ области существования цикла и предельных условий по исходным параметрам.

Выполнен анализ влияния исходных параметров на теоретический и практический холодильный коэффициент. Установлено, что введение регенерации по схеме (ТР+ГК) приводит к сужению области существования и снижению термодинамической эффективности цикла.

7. Выполнен анализ процессов регенеративного теплообмена в цикле АВВХМ по схеме (ТР+ТК+ГК). Определены тепловые функции, выполняемые теплообменником-конденсатором и теплообменником-регенератором. Выполнен анализ температурных условий протекания процессов регенеративного теплообмена, установлено существование граничной температуры точки (5) цикла, при которой температура Тъ не зависит от величины тепловой эффективности теплообменника-регенератора и сохраняет постоянное значение, равное Тгр. Получены аналитические зависимости для определения граничных параметров. Получены аналитические зависимости для определения теоретического и практического холодильных коэффициентов цикла АВВХМ по схеме (ТР+ТК+ГК), рассмотрены частные случаи и предельные температурные условия реализации цикла.

Выполнен анализ области существования цикла, определено влияние исходных параметров на область существования. Выполнен анализ влияния исходных параметров на термодинамическую эффективность цикла. Установлено существование оптимального давления цикла, предложен метод нахождения оптимального давления по теоретическому холодильному коэффициенту. Получена аналитическая зависимость для определения оптимального давления по практическому холодильному коэффициенту. Выполнен сравнительный анализ регенеративного цикла, показано, что регенеративный цикл в условиях сравнения I рода может быть реализован только при более высоком уровне давления цикла по сравнению с нерегенеративным циклом АВВХМ.

8. Разработан обратимый цикл регенеративной АВВХМ по схеме (ТР+ТК+ГК) со ступенчатым сжатием и получены аналитические выражения для холодильных коэффициентов. Установлено существование оптимального промежуточного давления цикла АВВХМ по схеме (ТР+ТК+ГК), предложен расчетно-графический метод его определения и исследовано влияние исходных параметров цикла. Выполнен сравнительный анализ циклов регенеративной АВВХМ по схеме (ТР+ТК+ГК) со ступенчатым сжатием и одноступенчатого, показано, что увеличение эффективности цикла со ступенчатым сжатием выражается зависимостью, полученной для цикла нерегенеративной АВВХМ.

9. Предложена классификация циклов воздушно-холодильных машин. Выполнен анализ перспективных направлений совершенствования АВВХМ и предложены перспективные схемы.

10. Разработано физическое обоснование тепломассообменных процессов влажного воздуха а агрегатах ВХМ и АВВХМ. Выполнено комплексное экспериментальное исследование регенеративной системы осушки влажного воздуха АВВХМ в реальном диапазоне термовлажностных условий и расходов воздуха. Предложена конструкция теплообменника-конденсатора, обеспечивающая работоспособность в условиях обмерзания и выполнено его экспериментальное исследование. Получены экспериментальные данные по процессам тепломассообмена влажного воздуха в компактных пластинчато-ребристых теплообменниках.

11. Полученные в данной работе результаты открывают несколько направлений дальнейших исследований:

- разработка и термодинамический анализ реальных циклов АВВХМ;

- разработка обратимой термодинамической модели системы кондиционирования воздуха и методов ее анализа и оптимизации;

- разработка реальной термодинамической модели системы кондиционирования воздуха и методов ее анализа и оптимизации.

Основные научно-методические положения, методика и результаты комплексного системного термодинамического анализа обратимых циклов воздушно-холодильных машин, результаты экспериментального исследования и выводы по диссертационной работе, указанные в заключении, выносятся на защиту.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Авиационные Правила. Часть 25. "Нормы летной годности самолетов транспортной авиации". -М.: Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова, 1994, -45 с.

2. Адлер М.В., Соколов Ю.Е. К вопросу об образовании тумана на выходе из воздушного турбодетандера // Изв. вузов. Энергетика, 1968. №9. с.58-62.

3. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. —М.: Высшая школа, 1977. -280 с.

4. Андрющенко А.И. Основы технической термодинамики реальных процессов. -М.: Высшая школа, 1975. -264 с.

5. Аристархов Д.Н., Аристархов Ю.Д., Дьяченко Ю.В. Свидетельство на полезную модель, №15968. Очиститель газов. 2000. -2 с.

6. Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селиверстов В.М. Справочник по теплооб-менным аппаратам. -М.: Машиностроение, 1989. -366 с.

7. Бамбушек Е.М., Бухарин Н.Н., Герасимов Н.А. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. -Л. Машиностроение, 1987. —423 с.

8. Болгарский А.В., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. Изд. 2-е. -М.:Высшая школа, 1975. -495 с.

9. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа.-М.: Энергия, 1973. -296 с.

10. Бродянский В.М., Калнинь М.М., Серова Е.Н. Сопоставление эффективности воздушных и парокомпрессионных холодильных машин //Холодильная техника, 1999. №11,12. -с. 22-28.

11. Бэр. Г.Д. Техническая термодинамика. -М.: Энергия. 1977. -275 с.

12. Быков Л.Т., Ивлентиев B.C., Кузнецов В.И. Высотное оборудование пассажирских самолетов. -М.: Машиностроение, 1972. 332 с.

13. Быков А.В., Калнинь И.М., Краузе А.С. Холодильные машины и тепловые насосы. М.:Агропромиздат, 1988.-288 с.

14. Быков А.В. Теплофизические основы получения искусственного холода. Справочник. М., Пищевая промышленность, 1980. -232 с.

15. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Изд. 2. -М.:Наука, -720 с.

16. Вассерман А.А., Казавчинский Я.З., Рабинович В.А. Теплофизические свойства воздуха и его компонентов. -М.:Наука, 1966. —375 с.

17. Воронин Г.И. Системы кондиционирования воздуха на летательных аппаратах. —М.: Машиностроение, 1973г. -444 с.

18. Воронин Г.И. Конструирование машин и агрегатов систем кондиционирования. —М.Машиностроение, 1973, 544 с.

19. Воронин Г.И., Дубровский Е.В. Эффективные теплообменники. -М.: Машиностроение, 1973. —96 с.

20. Вукалович М.П., Новиков И.И. Техническая термодинамика. — М.: Энергия, 1968.-472 с.

21. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. -М.: Машиностроение, 1972. -670 с.

22. Герш С.Я. Глубокое охлаждение. Часть II. -М.: Советская наука, 1949. -436 с.

23. Данилова Г.Н., Богданов С.Н., Иванов О.П. и др. Теплообменные аппараты холодильных установок. —Л.: Машиностроение, 1973. -328с.

24. Дрейцер Г.А. Компактные теплообменные аппараты. Учебное пособие: -М. МАИ, 1986. -74 с.

25. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Экспериментальное исследование местного коэффициента теплоотдачи в каналах пластинчато-ребристой те-плообменной поверхности. // ВИНИТИ, №2629- 85Деп., 1985, 29 с.

26. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Тепломассообмен при испарении мелкодисперсной капельной влаги в каналах пластинчато-ребристой тепло-обменной поверхности. //ВИНИТИ, №2630- 85Деп., 1985, 11 с.

27. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Система кондиционирования воздуха. А. с. №13062559, НКИ 9/00 В64Д 13/00, 1987, 6 с.

28. Дьяченко Ю.В., Пешков А.А. Теплообменник. А.с. №1556252, 1989, 4с.

29. Дьяченко Ю.В., Рыбкин С.А., Шевелев Н.И. Аппарат для термовлажно-стной обработки воздуха. А.с. №1820157, 1989,4 с.

30. Дьяченко Ю.В., Пешков А.А., Чичиндаев А.В. Оптимизация конструкции конденсатора, охлаждаемого влажным воздухом с отрицательной температурой. //Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах //Тез. докл. 8 Всес. конф. -JL, 1990. -Т.З. -с.235-236.

31. Дьяченко Ю.В. Газовые циклы. Учеб. пособие. -Новосибирск: Изд-во НГТУ. 1993.-30с.

32. Дьяченко Ю.В. Тепловые машины. Часть 3. Холодильные установки: Учеб. пособие. -Новосибирск: Изд-во НГТУ. 1997. —36 с.

33. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Особенности тепломассообмена в компактных теплообменниках //Тепломассообмен ММФ-2000. Труды IV Минского межд. форума. -Минск. "АНК ИТМО им. А.В.Лыкова" НАНБ, 2000. —Т.5: Тепломассообмен в двухфазных системах, -с.336-339.

34. Дьяченко Ю.В. Исследование процессов осушки влажного воздуха в воздушно-холодильных машинах // Матер, докл. Российского нац. симп. по энергетике РНСЭ-2001.Казань: КГЭУ, 2001.Т.I.e. 239-242.

35. Дьяченко Ю.В. Тепломассообмен газокапельных потоков в теплообмен-ных устройствах воздушно-холодильных машин // РНКТ-3, 2002, с. 3

36. Дьяченко Ю.В., Шкваркина Е.В. Исследования в области воздушно-холодильных машин, работающих по регенеративному усовершенствованному циклу // XXVI Сибирский теплофизический семинар. Институт теплофизики СОР АН, Новосибирск, 17-19 июня 2002, с. 17.

37. Дьяченко Ю.В. Термодинамический анализ циклов авиационных систем кондиционирования воздуха // KORUS 2002. с. 8.

38. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Исследование эффективности работы системы кондиционирования воздуха. // Экологически перспективные системы и технологии: Сб. научн. тр. -Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2002. —Вып.5. -9 с.

39. Дьяченко Ю.В., Чичиндаев А.В. Особенности работы авиационных систем кондиционирования на влажном воздухе: Учеб. пособие. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. -80 с.

40. Дьяченко Ю.В. Термодинамический анализ обратимых регенеративных циклов воздушно-холодильных машин //Научный вестник НГТУ, 2003. №1(14). с. 37-50.

41. Дьяченко Ю.В., Левин. В.Е. Термодинамический анализ обратимого цикла воздушно-холодильной машины с разделением работы //Научный вестник НГТУ, 2003, №1(14). с. 51-59.

42. Дьяченко Ю.В. Термодинамический анализ обратимого цикла воздушно-холодильной машины в составе авиационной системы кондиционирования воздуха //Авиакосмическое приборостроение, 2003. №3. с. 35-41.

43. Дьяченко Ю.В. Обратимый цикл воздушно-холодильной машины в составе авиационной системы кондиционирования воздуха // Авиакосмическое приборостроение, 2003. №3. с. 31-35.

44. Дьяченко Ю.В., Спарин В.А., Чичиндаев А.В. Системы жизнеобеспечения летательных аппаратов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, (серия "Учебник НГТУ "), 2003. -512с.

45. Дьяченко Ю.В. Регенеративные циклы воздушно-холодильных машин в составе авиационных систем кондиционирования воздуха машин //Научный вестник НГТУ, 2004. №2(16). с. 61-74.

46. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. -М.: Энер-гоиздат, 1981. -с. 416.

47. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. —М.: Машиностроение, 1972. -205 с.

48. Калнинь И.М. Техника низких температур на службе энергетики // Холодильное дело, 1996. №1. с. 26-29.

49. Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники. -М.: Машиностроение, 1967. -224 с.

50. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. -М.:Энергия, 1974. -286 с.

51. Кошкин Н.Н. Холодильные машины. -М."Пищевая промышленность, 1973.-507 с.

52. Кошкин Н.Н., Стукаленко А.К., Бухарин Н.Н. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. Л.'.Машиностроение, 1976. -464с.

53. Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки. Л.Машиностроение, 1980. -622 с.

54. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. -С.П.: Изд. Политехника. 1999. -576с.

55. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959. -414 с.

56. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. —М.: Атомиздат, 1979. — 416 с.

57. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.Н. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. 2-е изд., перераб. —М.гЭнергоатомиздат. 1985. -320 с.

58. Логинов B.C. Термодинамический анализ и сравнительная оценка цикла Брайтона // Изв. вузов. Энергетика, 1987. №4. с. 34-39.

59. Мартыновский B.C. Термодинамический анализ холодильных циклов. Автореф. дис. . докт. техн. наук. Одесский технол. инст. пищ. и холод, пром-ти. 1950.-48 с.

60. Мартыновский B.C. Термодинамические характеристики циклов тепловых и холодильных машин. -М. Л.:Госэнергоиздат. 1952. —116 с.

61. Мартыновский B.C. Холодильные машины. -М.:Пищепромиздат. 1955. — 274 с.

62. Мартыновский B.C., Дубинский М.Г. Воздушные турбохолодильные машины с дополнительным охлаждением в регенераторе //Холодильная техника. 1964. №6. с. 16-18.

63. Мартыновский B.C., Мельцер Л.З. Температурные границы рационального использования воздушных холодильных машин //Холодильная техника. 1969. №6. с. 51-57.

64. Мартыновский B.C., Шнайд И.М., Митиль А.К. Оптимизация циклов воздушной холодильной машины //Изв. вузов. Энергетика. 1966. №10. с. 28-34.

65. Мартыновский B.C. Анализ действительных термодинамических циклов. М.: Энергия. 1972. -216 с.

66. Мартыновский B.C., Мельцер Л.З. Термодинамический анализ обратных циклов. Исследование по термодинамике. -М.:Наука. 1973. -134 с.

67. Мельцер JI.3. Методы термодинамической оценки теоретических и действительных циклов холодильных машин // Холодильная техника и технология. Киев. Техника. 1968. -с. 27-32.

68. Методы математического моделирования и оптимизации теплоэнергетических установок / Под ред. Г.Б. Левенталя, J1.C. Попырина. —М.: Наука, 1972, с. 165-194.

69. Михайловский Г.А. Термодинамические расчеты процессов парогазовых смесей. -М.,Л.:Машгиз. 1962. -184 с.

70. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е. -М.: Энергия. 1977.-344 с.

71. Мхитарян A.M. Аэродинамика. — М.: Машиностроение. 1976. 448 с.

72. Огуречников Л.А. Математическое моделирование фреоновых энергетических установок // Проблемы эффективного использования вторичных энергоресурсов / Под ред. В.Н. Москвичевой. -Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1974, с. 53-66.

73. Огуречников Л.А. Сравнительный анализ перспективных низкотемпературных энергосберегающих технологий // Промышленная энергетика, 1997, №2, с.7-10.

74. Огуречников Л.А. Сравнительный анализ парокомпрессионных и абсорбционных тепловых насосов // Холодильная техника. 1996. №8. с.8-9.

75. Отчет по НИР/НЭТИ. Исследование систем и агрегатов СКВ в условиях повышенной влажности и переходных режимов. Руководитель А.Н.Хозе. -№ гос. per. У91831. Новосибирск. 1983. -221 с.

76. Отчет по НИР/НЭТИ. Исследование систем и агрегатов СКВ в условиях повышенной влажности и переходных режимов. Руководитель А.Н.Хозе. -№ гос. per. У08506. Новосибирск. 1984. -220 с.

77. Отчет по НИР/НЭТИ. Обзор основных тепловых схем подсистем кондиционирования типа "Петля": Руководитель А.Н.Хозе. № гос. per. У19763. -Новосибирск. 1985.-195 с.

78. Отчет по НИР/НЭТИ. Теоретические и экспериментальные исследования и моделирование высокоэффективных процессов тепломассообмена, влагоотделения и увлажнения воздуха в СКВ. Руководитель А.Н.Хозе. -№ гос. per. 01830023045. Новосибирск. 1986. -70 с.

79. Отчет по НИР/НЭТИ. Анализ стендовых испытаний установки охлаждения изд."204" для внесения уточнений в расчетные модели конденсатора и СКВ. Руководитель А.Н.Хозе. № гос. рег.У39492. - Новосибирск. 1987. -30 с.

80. Отчет по НИР/НЭТИ. Повышение работоспособности и надежности СКВ типа "Петля". Руководитель Ю.В.Дьяченко. -№ гос. per. У94846. -Новосибирск. 1987.-31с.

81. Отчет по НИР/НЭТИ. Разработка мероприятий по повышению эффективности изд. 6377. Проработка инерционного влагоотделителя капельной влаги. Руководитель Ю.В.Дьяченко. -№ гос. рег.107018. 1988. -53 с.

82. Прохоров В.И. Системы кондиционирования воздуха с воздушными холодильными машинами.-М.: Стройиздат. 1980. 161 с.

83. Прохоров В.И., Булычева О.П., Страшевский А.В. Комбинированный способ получения тумана с помощью воздушно-холодильных машин // Холодильная техника. 1984. №3. с. 40-44.

84. Ривкин C.JL, Александров А. А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. -М.: Химия, 1977. -342 с.

85. Серова Е.Н. Исследование путей совершенствования воздушных холодильных машин и их сравнение с парокомпрессионными в практических условиях сравнения. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Москва.: МЭИ,. 2000.-20 с.

86. Системы оборудования летательных аппаратов. / Под ред. Матвеенко A.M., Бекасова В.И./ —М.: Машиностроение, 1995. -357 с.

87. Справочник по теплообменникам: В 2Т. ТЛ/ Пер. с англ.; Под ред. Пе-тухова Б.С., Шикова В.К./ М.:Энергоатомиздат. 1987. -560 с.

88. Справочник по теплообменникам: В 2Т. Т.2/ Пер. с англ.; Под ред. Мар-тыненко О.Г. и др. —М.: Энерогоатомиздат. 1987. -352 с.

89. Теплофизические основы получения искусственного холода. /Под ред. И.М. Калнинь. -М.: Пищевая промышленность. 1980. -232 с.

90. Техническая термодинамика. /Под ред. Крутова В.И. -М.: Высшая школа. 1981.-439 с.

91. Терехов В.И., Пахомов М.А., Чичиндаев А.В. Тепломассообмен в двух-компонентном развитом турбулентном газокапельном потоке. // Инженерно-физический журнал. 2001. Т74, №2. с. 56-61.

92. Фаддеев И.П. Эрозия влажнопаровых турбин. -JL: Машиностроение. 1974.-208 с.

93. Фукс Г.И. Техническая термодинамика. -:Изд. ТГУ. 1973. -461 с.

94. Хейвуд Р.В. Анализ циклов в технической термодинамике. М.: Энергия. 1979. -280 с.

95. Хозе А.Н., Дьяченко Ю.В., Баранник С.В. и др. Исследование тепломассообмена в компактных теплообменниках энергетических установок. //Тепломассообмен, ММФ. Тез. докл. Минск, 1988,4.10, с. 40-42.

96. Холодильные машины. /Под ред. И.А. Сакуна. -JL: Машиностроение. 1985.-506 с.

97. Холодильные машины. /Под ред. А.В. Быкова. -М.: Легкая и пищевая промышленность. 1982. —224 с.

98. Холодильные машины. /Под ред. JI.C. Тимофеевского. -СПб.: Политехника. 1997. -992 с.

99. Чичиндаев А.В. Современные системы отделения влаги в СКВ транспортных средств (зарубежная литература). //Новосибирск, 1985, -30с. /Деп. в ЦНТИ ГА 23.08.85, №354га.

100. Чичиндаев А.В. Тепломассообмен при течении водного аэрозоля в каналах компактных теплообменников: Автореф. дис. . канд. техн. наук. — Новосибирск: НГТУ, 1998. -20 с.

101. Чичиндаев А.В. Оптимизация компактных пластинчато-ребристых теплообменников. Часть 1. Теоретические основы. -Новосибирск: Изд. НГТУ, 2003. -400 с.

102. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия. -М.: Энергия. 1968. -248с.

103. Шустров Ю.М., Булаевский М.И. Авиационные системы кондиционирования воздуха. —М.: Машиностроение, 1978г. —160 с.

104. Шустров Ю.М. Особенности авиационных систем кондиционирования воздуха с петлевой схемой влагоотделения // Авиационная промышленность, № с. 37-43.

105. Dyachenko Yu.V., Chichindaev A.V. Numerical Modeling And Research of Work For Air Conditioning System // KORUS 2001: Proc. of the 5th Korea-Russia- Intern. Symp. on Science and Technology. Tomsk, Russia: TPU, 2001.-Vol. l.-P. 18-21.

106. Terekhov V.I., Dyachenko Y.V., Chichindaev A.V., Pakhomov M.A. A heart-transfer study of a water-aerosol flow in a compact heat exchanger // Proc. of the Intern. Symp. On Compact Heart Exchangers. -Grenoble, Edizion ETS PISA, 2002. -P. 233-238.