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  • 2020-05-22 13:39
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新余开山风冷却器价格其他已经说得很好,但我觉得还是可以更详尽一些。

飞机空调工作的原理与家用空调完全不同,简单说就是把从发动机或APU压气机引出的热空气制冷后再与另一部分热空气混合。提问人的问题主要是两个,一是飞机空调工作模式问题,二是舱外极低的气温下怎么实现舱内的温度调节。

飞机在高空飞行的时候,外界是低温低压的环境,空气稀薄,飞机是要载人的,所以飞机内部的空气环境应该接近于地面,以满足人在高空的生存和舒适度,主要是三个指标:氧气含量、温度、气压。因此,飞机密闭的空间内需要温度调节和增压,又需要源源不断地输入空气,所以空调系统要满足以下的基本功能:

1、调节客舱气温,保证旅客的舒适度;

2、为客舱不断输入空气,满足旅客氧气需求;

3、2中不断输入的空气是有压力的,是客舱增压的前提条件(增压系统又可以开一篇文章了科科,不过简单说来就是有空气输入的同时也有空气被排出,在这个过程中保持客舱压力在一个水平,处于一个动态平衡)。

下面我就要讲空调系统的原理啦,我自己画了一个自认为已经很简单的原理图(请忽略我直击灵魂的画法):

其实,飞机空调系统无非也就是一个自动控制系统,就是温控计算机将设定温度与实际温度的差值δT转化为控制空调工作的控制量,最后达到一个动态平衡值,理想情况就是δT=0,即实际温度与设定温度一致。

那么怎么样实现这个过程呢,请看上面的大图,不论什么飞机,空调系统都与此大同小异。首先,发动机或者APU工作时,吸入外界的空气,经过它们的压气机,压力和温度都会显著上升,因此从它们的压气机引出100-200℃、压力在30-50psi的高压热空气(B787取消了发动机引气系统,而改为使用电驱动的压气机,没办法,未来的趋势)。打开空调时,温控计算机给流量控制活门打开的驱动信号,使高压热空气进入空调组件,空调组件核心部件为热交换器和空气循环机(ACM),高压热空气通过热交换器时,一部分热量被外界冷空气带走,温度降低很多,但压力损失不多,然后就进入ACM,在涡轮室吹动其中的涡轮使其高速旋转,在这个过程中空气因为极速膨胀加上对涡轮做功,释放了大量能量,所以温度和压力均会大幅下降,这个过程实际基于流体经历绝热膨胀会降温的现象,最后在空调组件出口排出的空气温度可以降到-20℃甚至更低,所以我们必须引出一路热空气与空调组件出口的冷空气进行混合,得到一个比较恰当温度的混合空气。在此过程中,温控计算机采集温度设定值和区域温度传感器的信号,以控制热路活门以改变热路空气量,也就改变了混合后空气的温度,混合后的空气通过管道进入客舱,改变客舱的气温,最后达到设定温度时保持一个平衡态。同时温控计算机也采集流量传感器信号来控制流量控制活门,以保证空调系统空气流量处于稳定的状态。关于温度的变化,如下图所示,在此我以客舱起始温度比设定温度高为例,因为存在热交换和舱内再循环(这个循环其实就可以理解为内循环,客舱的空气一部分会回收,进入混合区),所以最后混合气体温度与实际温度有一定差值,以维持客舱温度:

所以,此时就可以回答提问者的两个问题。

,飞机上的空调系统其实没有制冷制热的说法,因为该空调系统只有一种工作模式,就是空调组件将来自发动机或APU压气机热空气源变成冷空气,再引出一部分热空气与此冷空气混合,送入客舱,最终实现温度的调节。如果单单就空调组件来说,它永远工作在制冷模式。至于空调组件内部热交换器和ACM谁是主力,那得看外界空气究竟够不够冷,飞机在不在飞,高空空气温度很低,飞机飞行时相对外界空气的速度很快,此时利用冲压即可让外界冷空气快速通过热交换器,会带走比较多的热量,ACM做功降温处于辅助地位。低空,外界温度不够低,但飞机在飞,所以依然利用冲压让外界空气进入热交换器,此时热交换器和ACM谁占主导地位难说,取决于外界温度。在地面,无法实现冲压过程,此时是利用风扇抽取外界空气通过热交换器,而风扇是ACM带动的,即利用ACM的涡轮带动风扇转动,再加上地面气温较高,所以热交换处于辅助地位,ACM降温处于主要地位,此时ACM负载将会很高。如果气温很高,而热交换器本身因为脏了堵了等原因导致热交换效果很不好,那ACM很容易过载,造成叶片断裂。

第二,空调的气源来自于发动机或APU,尽管外界空气气温很低,但经过发动机或APU压气机的压缩,空气压力和温度都大大提高了。于是可以扩展一下思维,就是不管在地面还是空中,外界气温怎么变化,只要动力系统工作正常,能够顺利引出高压热空气,那么空调就可以正常工作。当然要明白的是APU工作是有高度限制的,太高了APU顶不住,毕竟只是个辅助动力源,因此在空中一般都是发动机供气。总之,这样前面说的3个基本功能全部都满足了。

有的人可能会有问题,那就是万一飞行中途温控计算机或者热路阀门坏了,岂不是全机舱都变成冻狗或者烤猪了?这个问题提得很好,设计者早就想到了,飞机系统安全考虑是很完备的。一是飞机上一般空调和温控计算机都有两部,所以冗余度是够的。第二万一温控计算机全坏了,那系统就会自动进入一个预设的固定工作模式,比如以设定温度21度去控制,此时只能控制空调的开关,设定温度是不能调节了。如果热路活门坏了,要看坏在什么位置,坏在关位那么热路气没有了,必将导致进入客舱的气温度很低,坏在全开位,热路气过多,会使进入客舱的气温度过高。一段时间后,客舱内必然会过凉或过热,但由于空气循环系统的存在,加上热交换,所以温度不会太过分。

既然说了这么多,那有人还是会问了,飞机空调到底和家用空调有什么区别。那在这里也顺便谈一谈。一般空调与飞机空调点不同就是有冷媒,也可以叫制冷剂,比如**利昂。我们分制冷制热两种模式讲:

1、制冷,还是先看原理图:

制冷剂在经过膨胀阀,由高压液体变为低压液体,沸点降低,温度也降低了,经过毛细管进入蒸发器,由液态变气态,吸收大量的热,此时内机风扇同时工作,使屋内空气吹过蒸发器的翅片,屋内空气热量被制冷剂吸收而温度降低,我们感受到内机吹出的就是冷风;回到外机,制冷剂首先通过压缩机被其增压,气体被增压后沸点升高,温度也升高了,再进入冷凝器,其实也就是一个散热器,外机冷凝器就是你看到的那些有翅片的部分,外机风扇使空气吹过冷凝器,带走制冷剂的热量,使其温度降低变为高压液体,再送入室内机,这样循环,不断带走屋内空气的热量。

所以,第二个不同的地方又可以总结出来。家用空调内机蒸发器和外机冷凝器都可以说是热交换器,内外机都有很多翅片,就是为了提高热交换效率。热交换通过冷媒进行。而压缩机是对冷媒做功,以确保沸点变高,以便在较高温度下即可让冷媒冷凝。压缩机需要动力,动力来自于电机。而飞机空调系统中空调组件制冷是高压热空气先与外界空气热交换初步降温,再通过对涡轮做功进一步降温。热交换无冷媒,因为压气机出来的气温度很高,所以热交换器直接就是用外界空气与热空气进行热交换,热交换器中热空气与外界空气管路是独立的,它们只交换热量,不混合。在高空中,外界气温很低,热交换效果比地面好得多。

2、制热,有两种方法,一种是电加热,就是内机里有电热丝,通电后内机风经过电热丝就变成热风, ,这个很简单了。另一种其实是1中制冷的反向过程,在此只放出原理图,具体过程大家可以想,不难的。

通常,室外温度不太低的情况下,现在的空调都是把两种制热方法一起用,这样效果比较好,如果室外温度太低,靠压缩机的话效果太差,一般只用电加热了。

到这里,第三个不同点也可以说啦,一般空调无法实现内部空间换气,它一直是内循环状态,所以一直待在空调环境中,空气质量会不断下降,跟用净化器一个道理,屋子密闭久了,氧含量会下降,二氧化碳浓度升高,不利健康,所以现在很多家庭都装了新风系统。飞机的空调就不存在这个问题。

而它们的共同点,从根本上说那就是它们都基于热力学和第二定律设计。在原理确定的情况下,有很多技术可以实现这个过程。就是说,到罗马的方向是确定的,只不过你可以走不同的路到达,条条大路通罗马。

而整个制冷过程的共同点,就是都有对流体的绝热压缩过程和流体绝热膨胀的过程。

本回答毕竟说得还是笼统,有些细节可能会有错误或者缺失,所以非常欢迎各位挑毛病,谢谢指教啦!

已经说到这儿了,如果还不能理解的话,那就直接看黑体字部分,还不明白到底怎么回事,那就去它娘的原理吧!只要享受空调带来的愉悦就好。

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