Сравнение эффективности рабочих тел для тепловых насосов

Решетневские чтения

физических компаний Канады и Сибири, ученые из Новосибирска и СФУ. В 2009 г. БЛА демонстрировался на выставке «Геофорум» (Красноярск).

БЛА выполнен по нормальной аэродинамической двухбалочной схеме. В хвостовой части фюзеляжа установлен двухтактный, двухцилиндровый, чешский двигатель марки 80Б2-ЯУ, мощностью 9 л. с. Двигатель оснащен толкающим двухлопастным воздушным винтом. Максимальная взлетная масса БЛА 25 кг, масса полезной нагрузки 5 кг.

Летные испытания БЛА проводились на Кузнецовском аэродроме в 2008 и 2009 гг. В одном из полетов в 2009 г. у БЛА заклинил двухтактный двигатель 80Б2-ЯУ китайского производства, и аппарат совершил аварийную посадку. Таким образом, проблема создания надежных ДД для БЛА является актуальной.

На 11 международном салоне «Двигатели-2010», проходившем в Москве, кафедрами 201 и 602 МАИ и ООО «2Т-Инжиниринг» был представлен двигатель со встречно движущими поршнями МАИ 15*2. Разработчики: А. В. Батенин, В. П. Зуев, В. П. Зуев, И. С. Табачук. Двигатель воздушного охлаждения,

двухтактный, двухцилиндровый, двухвальный, с механической синхронизацией между валами (зубчато-ременная или зубчатая передача), предназначен для БЛА взлетной массой до 8 кг.

Двигатель имеет следующие основные технические характеристики: мощность на старте 2,8 л. с.; крутящий момент 1,8 Нм; максимальная частота вращения 11 000 об/мин; масса 1,4 кг; рабочий объем 30 см3; зажигание калильное; топливо - метанол-5.

Данный двигатель был установлен на БЛА, выполненный по аэродинамической схеме «бесхвостка». Двигатель расположен в хвостовой части фюзеляжа и оснащен двумя толкающими двухлопастными воздушными винтами размером 11*8.

Запуск БЛА производится с пусковой установки катапультного типа, посадка совершается с помощью парашюта. Проведенные летные испытания показали устойчивый полет и минимальную вибрацию БЛА.

Применение для БЛА двухтактных, двухвальных двигателей со встречно движущимися поршнями позволит снизить уровень вибрации и массу, а также без искажений передавать информацию на пункты управления.

A. V. Batenin

Moscow Aviation Institute (State Technical University), Russia, Moscow

G. A. Kuznetsov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

APPLICATION OF TWO-STROKE ENGINES FOR UNMANNED AIRCRAFTS

The application of two-stroke engines for unmanned aircrafts in SibSAU, SFU and MAI (STU) is considered.

© Батенин А. В., Кузнецов Г. А., 2010

УДК 621.577:621.564

М. В. Беломоина, Н. Г. Измайлова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОЧИХ ТЕЛ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Тепловые насосы работают на различных рабочих телах. Эффективность их работы зависит от коэффициента преобразования. Произведено сравнение коэффициентов преобразования для различных рабочих тел, показаны условия, при которых тепловые насосы наиболее эффективны.

Коэффициент преобразования теплового насоса k показывает, какое количество тепла в киловатт-часах мы получим, затратив 1 кВт-ч электрической энергии. Чем больше коэффициент преобразования, тем выгоднее применять тепловой насос. При k < 1 тепловые насосы не применяют, так как они потребляют больше тепла, чем производят. Обычно тепловые насосы применяют, когда k > 3.

Коэффициент преобразования теплового насоса без переохладителя и перегрева

k = q/Lк = 1 + г^к^К,

где q - удельное количество теплоты, производимое тепловым насосом; Lк - работа компрессора; г - скрытая теплота парообразования; пк - механический КПД компрессора [1].

Работа компрессора

Lк = CpmАt,

где - средняя теплоемкость рабочего тела при сжатии; Аt - повышение температуры в компрессоре; Аt = 41 - 42; 41 - температура воды (воздуха), поступающей к потребителю теплоты; 42 - температура низкопотенциального источника тепла [1].

Двигатели, энергетические установки и системы жизнеобеспечения летательных аппаратов

Скрытую теплоту парообразования можно найти по формуле Трутона:

г = 0Гс/ц,

где 0 = 84...92 кДж/(кКмоль-К); Т0- температура кипения; ц - молекулярная масса вещества [1].

Подставив (2) и (3) в (1), получим следующее:

к = 1 + 07Олк/

Из этого уравнения видно, что коэффициент преобразования тем больше, чем выше у рабочего тела температура кипения и ниже мольная теплоемкость и М [1].

Для оценки влияния рабочего тела на коэффициент преобразования теплового насоса был произведен сравнительный расчет при Дt = 35 °С, пк = 0,95 для нескольких рабочих тел. Результаты занесены в таблицу. В таблице указаны хладагенты различных типов: озоноразрушающие хладагенты прошлого поколения, которые сейчас не применяются; хладагенты с большим потенциалом глобального потепления, от которых скоро придется отказаться; хладагенты будущего. Самые большие значения к у следующих рабочих тел: Я717 (4, 49) и Я142Ъ (4, 42).

Зависимости к = приведены на рис. 1.

к 6 5 4

3

10 20 30 40 Д^ °С

Рис. 1. Зависимость коэффициента преобразования теплового насоса от Дt для водяного пара Я718, аммиака Я717 и фреона Я142Ъ tв2= 10 °С, пк = 0,8

Видно, что при уменьшении Дt коэффициент преобразования может достигнуть 6, а при больших Дt он снижается. То есть тепловой насос эффективней использовать при нагреве воды (воздуха) на небольшие температуры.

Величина теоретического коэффициента преобразования, подсчитываемая по обращенному циклу Карно,

к = Гвх/Г.

Поэтому приближенно можно считать, что

к = пк\ = пТъ1/Т,

где п = к/к! - поправочный коэффициент [1].

Зависимость поправочного коэффициента п от Дt при = 10 °С, из которой видно, что при увеличении Дt величина п увеличивается, приведена на рис. 2.

n=k/kt

Рис. 2. Поправочный коэффициент п = к/к\ в зависимости от ДЬ при = 10 °С

Из сказанного можно сделать следующие выводы: коэффициенты преобразования мало отличаются друг от друга и увеличиваются со снижением Д^ поправочный коэффициент п = к/к\ увеличивается с ростом Дt.

Библиографическая ссылка

1. Шаталов И. К., Терехов Д. В., Фролов М. Ю. Влияние рабочего тела на коэффициент преобразования теплового насоса // Вестник МАХ. 2008. № 3. С. 28-29.

Результаты сравнительного расчета

Рабочее Коэффициент Рабочее Коэффициент Рабочее тело Коэффициент

тело преобразования тело преобразования преобразования

R12 4,24 R134a 4,13 R600a (изобутан) 4,32

R22 4,20 R401A 4,40 R717 (аммиак) 4,49

R502 3,79 R404A 3,36 R718 (водяной пар) 4,26

R142b 4,42 R410A 3,62

кч \\

N К.

R718 i R717 j /

i

M. V. Belomoina, N. G. Izmaylova Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

COMPARISON OF WORKING MEDIUM EFFICIENCY FOR HEAT PUMPS

Heat pumps work on various working substances. Their working efficiency depends on transmission coefficient. Comparison of transmission coefficients for various working substances is made, conditions, at which heat pumps have maximal efficiency, are shown.

© Беломоина М. В., Измайлова Н. Г., 201