小型民机蒸发循环制冷系统仿真与实验研究

发布时间：2020-09-29 14:04

　　随着航空技术的发展,飞机总体性能的提升,飞行器内电子设备的增多,环控系统的热负荷也越来越大,空气循环系统由于性能系数低等种种原因,已经不能满足环控系统的要求,小型蒸发制冷系统将成为未来环控系统的发展方向。为了研究小型民机蒸发循环制冷系统特性,本文针对准双级蒸发循环制冷系统,基于MATLAB Simulink使用移动界面法建立了蒸发器、冷凝器分区集总参数动态模型,采用补气-压缩模型和闪发器模型结合迭代计算时间步长内系统的中间补气压力和流量,建立了准双级压缩机模型,将蒸发循环制冷系统各个部件整合形成准双级压缩蒸发循环制冷系统动态仿真程序;搭建了一套以R134a为制冷剂的完整蒸发循环制冷系统实验台;使用实验结果对部件和系统的仿真结果进行了验证对比,验证对比表明仿真程序计算结果较为合理;以仿真形式研究了压缩机转速改变、载冷剂和冷却剂温度、流量阶跃变化时系统的动态响应,分析了蒸发循环制冷系统及部件呈现的热力学性能规律以及不同参数对于系统性能的影响。仿真计算表明,压缩机转速升高时,系统补气压力、压缩机功率、冷凝压力、制冷量均有所增加,而蒸发压力降低;与其他参数变化相比,载冷剂和冷却剂流量增大对于系统参数的影响较小,压缩机补气压力受载冷剂流量影响较大;载冷剂和冷却剂温度上升时,压缩机功率、补气压力、蒸发压力和冷凝压力均有所上升,冷却剂温度变化对压缩机耗功和冷凝压力影响更大些,而蒸发压力和制冷量受载冷剂温度影响较冷却剂温度影响大。压缩机转速阶跃时,系统压力参数响应时间较短,而换热量响应时间较长。阶跃发生位置处部件响应时间要低于其他部件,阶跃扰动在系统中存在传递过程。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V245.343
【部分图文】：

小型民机蒸发循环制冷系统仿真与实验研究

ICECS系统

小型民机蒸发循环制冷系统仿真与实验研究

F-22ECS/TMS系统

冷却方式,换热系数

F-22 采用的 ECS/TMS 系统是一种综合集成的新型环控系统，可在整个飞行包线内为舱室提供温度调节，是未来机载环控系统的发展方向。1.2.2 民用机载蒸发循环制冷系统发展现状辅助冷却系统(SCS)是近十年才发展起来的新型民用飞机系统，是飞机的“风冷式冷水机组”。如图 1. 3 所示，蒸发液冷传热系数能达到 Ъ д 以上，相较于传统冷却方式，该方式具有较大的传热系数，目前主流宽体飞机如 Boeing-787、Airbus-380 和 Airbus-350 上普遍采用了该技术。采用蒸发循环制冷的方法有别于传统飞机空气制冷技术，其基本方法是采用风冷式蒸发制冷和液体传输技术，主要用于冷却厨房餐车（较低温度）和冷却大功率电子设备（大热流密度）。机载辅助冷却系统制冷工质一般为 R134a，液体传输介质为丙二醇或乙二醇水溶液。典型的 SCS 系统如图 1.4 所示，运行过程包括三个部分：冷量的产生、冷量的传输和冷量的消耗。冷量由制冷剂制冷装置(CRU)提供，CRU 由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀构成，它为载冷剂降温并将热量传递至周围空气，是一个小型蒸发循环制冷系统。冷量的传输部分由泵系统、换热器组成，载冷剂经过 CRU 蒸发器降温后，通过泵输送至换热器与舱室内空气换热以降低空气温度。

【参考文献】