Аэрохолодильная установка

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в авиационной промышленности при проведении исследований в лабораторных условиях процессов обледенения различных объектов авиационной техники.
Имеющиеся аэрохолодильные установки для исследования процессов обледенения различных объектов представляют собой аэродинамические трубы, оборудованные системами распыления воды и охлаждения прокачиваемого через трубу воздуха (см., например, И.А. Браилко и др. «Стенды для исследования противообледенительных систем крыла и других элементов планера в условиях искусственного обледенения», Вестник МЭИ, 2008 г., №4, с. 21-27).
Система распыления воды обеспечивает требуемые водность и размеры капель в потоке воздуха, а система охлаждения, включающая мощные холодильные установки, создает требуемый температурный режим обледенения. Такие установки обеспечивают создание искусственных условий обледенения при температурах потока до -40°С.
Недостатком таких установок является их большая энергоемкость и, соответственно, большая стоимость часа работы. Кроме этого, имеющиеся установки не снижают температуру воздушного потока в трубе до -50°С и ниже, необходимую при решении задач твердофазного обледенения.
2
Из известных установок для исследования процесса обледенения наиболее близкой по технической сущности является установка, содержащая аэрохолодильную трубу с температурой воздушного потока до -50°С (см. K. Saleh, D. Buttsworth, Т. Yusaf «Development of a small icing wind tunnel for simulating the initial stages of solid phase ice accretion», 17th Australasian Fluid Mechanics Conference, Auckland, New Zealand, 5-9 December 2010). Охлаждение потока до низких температур в этой установке обеспечивается за счет его прокачки через теплообменник с сухим льдом (СО), имеющим температуру -86°С. Недостатком этого устройства является малая площадь поперечного сечения рабочей части аэродинамической трубы и низкая скорость потока (до 10 м/с).
Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является создание высокоэкономичной аэрохолодильной установки для исследования процессов обледенения в широком диапазоне температур от 0 до -50°С.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что аэрохолодильная установка, содержащая аэродинамическую трубу баллонного типа с открытой рабочей частью, систему подачи воздуха и водораспыляющую систему с, по крайней мере, одной водораспыляющей форсункой, снабжена системой распыления жидкого азота, состоящей из сосудов с жидким азотом, соединенных с азотораспыляющими форсунками, расположенными на расстоянии от 2 до 4 диаметров трубы перед водораспыляющей форсункой. Кроме того, азотораспыляющие форсунки расположены равномерно по площади поперечного сечения.
На фигуре представлена схема предлагаемой установки.
Установка содержит аэродинамическую трубу 1 баллонного типа с открытой рабочей частью, водораспыляющую систему 2 с форсунками 3 и систему распыления жидкого азота 4 с форсунками 5 и исследуемый объект 6. Расположение азотораспыляющих форсунок на расстоянии от 2 до 4 диаметров трубы от водораспыляющих форсунок позволяет избежать замерзание воды в водораспыляющей форсунке. Азотораспыляющие форсунки расположены равномерно по площади поперечного сечения трубы
Работа предлагаемой установки заключается в следующем.
В аэрохолодильную трубу 1 из баллонов подается сжатый воздух. В воздушный поток, форсунками 5 системы распыления жидкого азота 4 распыляется жидкий азот. При достижении требуемой стационарной температуры в потоке форсункой 3 системы распыления 2 распыляется вода. Взаимодействие вытекающего из сопла трубы водовоздушного потока с исследуемым объектом 6 воспроизводит заданные условия обледенения.
Требуемая температура воздуха на выходе из сопла трубы обеспечивается за счет подачи в канал трубы 1 через форсунки 5 жидкого азота. Жидкий азот, испаряясь в канале трубы, охлаждает протекающий воздух. Например, для понижения температуры подаваемого из баллонов воздуха с расходом 1 кг/с на 30°С требуется ~ 0,2 кг/с жидкого азота. Предлагаемая установка обеспечивает необходимый температурный режим во всем требуемом диапазоне температур.
Экономическая эффективность определяется использованием для охлаждения сжатого воздуха относительно недорогого жидкого азота вместо дорогих холодильных машин.