Численное моделирование пропускной способности предварительного теплообменника системы кондиционирования воздуха самолета


Авторы

Купчик В. С., Февральских А. В.*

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: a.fevralskih@gmail.com

Аннотация

В системах отбора воздуха современных гражданских самолетов предварительные теплообменники (прекулеры) охлаждают горячий воздух, отбираемый от компрессоров маршевых двигателей. Проблема интенсификации тепловой эффективности прекулера без существенного увеличения габаритных размеров является актуальной задачей проектирования. Один из путей ее решения заключается в повышении теплосъема за счет оптимизации проточной части холодного контура. Цель работы – численное исследование геометрических факторов, влияющих на параметры потока в продувочном контуре воздухо-воздушного теплообменника трубчатой конструкции. Методология основана на двумерном RANS-моделировании с замыканием по k-ω SST модели турбулентности. Результаты показали, что зависимость приведенного перепада давления от расхода аппроксимируется степенной функцией с B → 1,9, в свою очередь коэффициент А имеет локальный минимум при определенном значении относительного удлинения матрицы. В статье даны результаты оценки различных конфигураций матрицы прекулера, как с точки зрения их гидравлического совершенства, так и с точки зрения эффективности теплосъема.

Ключевые слова:

предварительный теплообменник, прекулер, система отбора воздуха воздуха, численное моделирование, RANS, гидравлическое сопротивление, эффективность теплообмена, оптимизация

Список источников

  1. Стрелец Д.Ю., Смагин Д.И., Старостин К.И. и др. По-вышение качества расчета параметров воздуха в пассажирских зонах ближне-среднемагистрального самолета путем взаимодействия одномерного (SimInTech) и трехмерного (Логос) программных комплексов // Computational nanotechnology. 2018. № 4. С. 35–40. 
  2. Смагин Д.И., Старостин К.И., Савельев Р.С. и др. Ме-тодика создания динамической математической мо-дели системы нейтрального газа для перспективного самолета в программном комплексе // SimInTech. Com-putational nanotechnology. 2018. № 2. 
  3. Попов Г.А., Автаев В.А., Романенко Н.Г. Концепция использования систем кондиционирования в качестве компонента системы безопасности // Нефтегазовые технологии и экологическая безопасность. 2017. № 2 (64). 
  4. Тищенко И.В., Лавров Н.А., Хуциева С.И. Создание динамической модели для отработки контура регу-лирования температуры в системе кондиционирова-ния воздуха самолета // Третья международная научно-практическая конференция «Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жиз-необеспечения», Москва: Московский государствен-ный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет). 2020. С. 347–355.
  5. Силуянова М.В., Попова Т.В. Исследование теплооб-менного аппарата для газотурбинных двигателей сложного цикла // Труды МАИ. 2015. № 80. 
  6. Байметова Е.С., Королева М.Р. Построение гидрав-лической модели теплообменного аппарата // Труды Института системного программирования РАН. 2025. Т. 37. № 2. С. 129–140. DOI 10.15514/ISPRAS-2025-37(2)-9 
  7. Матюшенко А.А., Гарбарук А.В., Ментер Ф. Усовер-шенствование k-ω SST модели турбулентности при-менительно к расчету обтекания прямых крыльев ко-нечного размаха // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. № 7. С. 290–298. 
  8. Петрова Н.П., Цынаева А.А. Численное исследование теплообмена в канале теплообменника с градиентом давления // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. № 12. С. 532–540. DOI 10.34759/tpt-2019-11-12-532-540 
  9. Дееб Р. Влияние относительного продольного и по-перечного шага на характеристики теплообмена шахматного пучка труб каплевидной формы // Теп-ловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 2. С. 74–84. DOI: 10.34759/tpt-2022-14-2-74-84 
  10. Гуреев М.В., Ермаков А.М., Жукова Ю.В. и др. Повышение надежности прогнозирования теплогидравлических характеристик трубчато-ребристых радиаторов аппаратов воздушного охлаждения энергоустановок на основе численного и экспериментального исследования // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 11. С. 482–502. DOI: 10.34759/tpt-2020-12-11-482-502 
  11. Купчик В.С., Февральских А.В., Адамян К.И. Цифро-вое моделирование разгерметизации гермокабины воздушного судна // Труды МАИ. 2025. № 145. 
  12. Февральских А.В. Цифровая поддержка проектиро-вания аэрогидродинамической компоновки скорост-ного амфибийного судна // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2025. Т. 22. № 1(247). С. 35–41. DOI 10.14489/vkit.2025.01.pp.035-041
  13. ГОСТ Р 57700.37–2021. Компьютерные модели и мо-делирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2026