In den Antworten auf diese Frage heißt es
Das Enteisungssystem der meisten Turbinenflugzeuge (einschließlich der an diesem Unfall beteiligten MD-82) verwendet Zapfluft aus den Triebwerken, dh es entnimmt etwas Luft hinter der (Niederdruckstufe des) Kompressors. Diese Luft wird daher nicht aus der Düse ausgestoßen und erzeugt keinen Schub, sodass der Schub reduziert wird.
Meine Frage ist:
Warum wird Zapfluft aus einer Stufe des verwendeten Kompressors entnommen? Warum nicht zB Abgas?
Zur Enteisung muss die Temperatur des verwendeten Mediums über 0°C liegen (Eisschmelze), während die Umgebungstemperatur meist weit darunter liegt. Das Triebwerk muss also Energie investieren, um Zapfluft mit angemessener Temperatur zu erzeugen, die Luft kühlt während des Enteisens auf immer noch >0 °C ab und wird dann an die Umgebung abgegeben. Dort dehnt es sich aus und kühlt weit unter die Umgebungstemperatur ab. Diese Expansion bedeutet, dass Energie verschwendet wird, und auch, wenn die Bleed Air abgekühlt / expandiert wird, bevor sie in das Enteisungssystem eingeführt wird (ich weiß nicht, ob dies getan wird), würde Energie verloren gehen. Außerdem geht Luft/Druck in der Kompressorstufe verloren, was die Verbrennung weniger effektiv macht. (Auch hier weiß ich nicht, wie viel Luft entnommen wird und wie groß der Effekt ist.)
Andererseits ist das Abgas des Motors aufgrund der Verbrennung sehr heiß und könnte ohne zusätzliche Verdichtung verwendet werden. Mit etwas Abgas würde man also nicht so viel Energie verschwenden. Wenn es zu schmutzig ist, könnten Wärmetauscher verwendet werden, um Frischluft zu erwärmen.
Ich würde an diese Gründe denken
BEARBEITEN:
Ich möchte die Frage erweitern, um zu erklären, was mich neugierig macht. Im Kommentar wird die Richtigkeit dieses Satzes angezweifelt:
Dort dehnt es sich aus und kühlt weit unter die Umgebungstemperatur ab.
Dies ist ein einfacher thermodynamischer Prozess. Die Luft wird adiabatisch komprimiert, dh ohne ihr Wärme zuzuführen. Die Wärme stammt aus der thermischen Energie der Luft, die jetzt auch auf ein geringeres Volumen komprimiert wird. Durch die Enteisung wird die Luft abgekühlt und beim Ablassen der Luft an die Umgebung dehnt sie sich auf den ursprünglichen Druck aus. Da beim Enteisen Wärmeenergie entzogen wurde, sinkt die Temperatur unter die Umgebungstemperatur.
Hier ist die Mathematik dahinter:
Das Verhältnis von Druck und Temperatur ist in diesem Fall:
Nehmen wir an, ein Pilot schaltet die Enteisung während des Fluges in 11 km Höhe ein. Dort beträgt der Umgebungsdruck 0,25 bar (Atmosphären) und die Temperatur -50 °C (223 K). Hier wurde in den Antworten auch gesagt, dass es möglich ist, dass die Zapfluft etwa 200°C (473K) hat. Die Formel ergibt nun einen Zapfluftdruck von 3,47 bar, also ein Druckverhältnis von etwa 14. Die Luft wird nun abgekühlt, während der Druck vom Triebwerk gehalten wird. Ich gehe davon aus, dass die Enteisung bei Zapflufttemperaturen über 0 °C wirksam ist. Wenn also die Luft bei dieser Temperatur abgelassen wird, sinkt die Temperatur auf -144 °C (128 K). Eine andere Zahl: Beim Auslösen bei 100 °C sinkt die Temperatur auf -97 °C (175 K).
(Natürlich vermischt sich die Luft sofort mit der Umgebungsluft)
Im Prinzip kann man mit den Zahlen spielen, Höhen/Temperaturen erhöhen/verringern und darüber diskutieren, wie adiabatisch diese (De-)Kompressionsvorgänge sind.
Wie auch immer, das ist eine große Klimaanlage, die die Wärmeenergie zum Enteisen nutzt und die gekühlte Luft verschwendet. Wenn man nur heiße Luft braucht, wäre etwas aus der Abgasanlage immer effizienter.
Das ist nicht wirklich effizient. Kann die Zapfluft hinter der Enteisungsanlage noch für andere Zwecke verwendet werden, da sie noch den Druck hat?
Die Verwendung von Luft aus dem Abgasabschnitt entweder direkt als Anti-Eis oder die Verwendung eines Wärmetauschers würde viele Probleme schaffen.
Die Luft aus dem Kompressor ist bereits reichlich heiß. Schauen Sie sich das Diagramm in dieser Antwort an . Beachten Sie, dass die gesamte Kompressorzapfluft durch den Vorkühler strömt , bevor sie zum Motorhauben- oder Flügel-Eisschutz gelangt. Dadurch ist die Kompressorluft bereits heißer als nötig. Das Ansaugen von Luft aus der Turbine bietet also keinen Vorteil für die oben aufgeführten Probleme.
Außerdem verringert das Ansaugen von Luft aus dem Kompressor die Motoreffizienz , aber Sie müssen diese Energie irgendwoher beziehen.
Um Ihre Punkte zur Thermodynamik anzusprechen:
Angenommen, Ihre Zahlen stimmen, was ist falsch an diesem Szenario? Das Ablassen von Luft bei -97 °C, die ursprünglich bei -50 °C lag, bedeutet, dass Sie ihr 47 °C Energie entzogen haben, um sie für Anti-Eis zu verwenden, indem Sie die bereits im Flugzeug vorhandenen Systeme (Zapfluft, Vorkühler) verwenden. So ähnlich wie eine Wärmepumpe, aber nur mit Luft? Wäre es nicht weniger effizient, Treibstoff zu verbrennen, um diese Luft zu erhitzen, die dann das Flugzeug mit einer höheren Temperatur verlassen und daher mehr Energie verschwenden würde?
Im Prinzip kann man mit den Zahlen spielen, Höhe/Temperaturen erhöhen/verringern und diskutieren, wie adiabatisch diese (De-)Kompressionsprozesse sind .
(Hervorhebung hinzugefügt) Ich bin nicht davon überzeugt, dass Ihre Annahme, dass diese Prozesse adiabat sind, eine gute Grundlage für Ihr Modell ist, da dies eine Idealisierung ist (obwohl Ihre anfänglichen Blutungszahlen hier und hier zu stimmen scheinen ). Ein wichtiger Punkt ist die Art und Weise, wie die Luft verwendet wird. Eine typische Installation verwendet Piccoloröhren. Kleine Löcher entlang der Rohre lassen die Luft auf die Eintrittskante. Dieser gesamte Vorderkantenhohlraum entlüftet dann in die Umgebung. (Dies scheint nicht mit Ihrer Annahme übereinzustimmen, dass die Luft bei konstantem Druck gekühlt wird.) Damit diese Luft weiter nützlich ist, müssten Sie diese Luft irgendwie zur Wiederverwendung zurückgeben. Dies fügt weitere Komplikationen hinzu, wenn bereits eine reichliche Versorgung mit komprimierter Zapfluft verfügbar ist.
Eine andere Möglichkeit wäre, den Druck hinter den Oberflächen mit Eisschutz irgendwie aufrechtzuerhalten. Dies kann für den Triebwerkseinlass machbar sein, aber nicht für Flügelvorderkanten, die sich bewegende Vorflügel beinhalten.
Selbst wenn Sie davon ausgehen, dass Sie diese Luft irgendwie zur Verwendung zurückgewinnen können, wäre dies ein weiteres System und eine weitere Komplikation, die dem Flugzeug hinzugefügt wird. Und Sie können sich nicht auf dieses System verlassen, da Anti-Ice nicht immer im Einsatz ist. Sie müssen einen ziemlich großen Effizienzgewinn erzielen, um das Hinzufügen von Gewicht und Komplexität zum Flugzeug zu rechtfertigen.
Vielleicht möchten Sie den Beweis sehen, dass die meiste an der Luft geleistete Arbeit im Anti-Eis-Prozess verwendet wird und das Hinzufügen von Verbrennungswärme nicht erforderlich ist. Wir müssen vielleicht jemanden wie Peter Kämpf hierher holen, um ein paar Zahlen zu berechnen.
Ihr erster Grund ist der Hauptgrund: Zapfluft ist reichlich vorhanden (Düsentriebwerke erzeugen weit mehr, als sie für den Betrieb "benötigen"), bereits heiß (normalerweise weit über 100 ° C) und mit relativ hohem Druck erzeugt - deshalb wird sie für Dinge angezapft wie Anti-Icing-Systeme, Kabinenklimatisierung und das Starten anderer Motoren.
Es erfordert wenig konstruktiven Aufwand, ein weiteres Ventil im Zapfluftsystem zu installieren, um den Fluss zu Anti-Icing-Systemen zu leiten.
Das Auffangen des Turbinenabgases (heiße Verbrennungsgase) würde eigene spezielle Hardware (Ventile, Kanäle usw.) und Maßnahmen zum Kühlen der Verbrennungsgase auf eine Temperatur erfordern, die das Anti-Eis-System handhaben kann (Wärmetauscher), was mehr Komplexität bedeutet und mehr Gewicht. Wenn also ein Flugzeug bereits über ein Zapfluftsystem verfügt, ist es sinnvoll, es für das Enteisungs-/Anti-Eis-System zu verwenden, anstatt eine weitere ebenso komplexe Anordnung zum Auffangen von Verbrennungsgasen hinzuzufügen.
Für "bleedless" Flugzeuge (solche, die nicht die Fähigkeit haben, Zapfluft aus dem Kompressor des Triebwerks zu ziehen) werden alternative Enteisungssysteme verwendet (z. B. verwendet die 787 elektrische Heizelemente).
Diese könnten auch in Flugzeugen mit Entlüftungssystemen verwendet werden, haben jedoch ihre eigenen Nachteile in Bezug auf Wartung, Gewicht und Komplexität. (Bleed Air Anti-Icing-Systeme sind vergleichsweise einfach: ein paar Ventile und Schläuche mit gebohrten Löchern, um die heiße Luft dort abzulassen, wo sie benötigt wird. Wartung und Instandhaltung sind ziemlich trivial.)
Ich stimme Ihnen zu, dass die Zapfluft am Ende kälter als die Umgebung ist, aber nicht, dass dies "bedeutet, dass Energie verschwendet wird".
Andererseits. Sobald der von uns verwendete Luftanteil wieder Umgebungsdruck hat, ist er kälter als vor der Aufnahme durch den Motor. Das bedeutet, dass ihm Wärmeenergie entzogen wurde . Wo ist diese Energie gelandet? Der einzige Platz dafür sind die Flügelflächen, die wir aufheizen wollten. (Dies setzt voraus, dass die Rohrleitungen etc. so gut wärmegedämmt sind, dass wir dort unerwünschte Wärmeverluste vernachlässigen können).
Das Endergebnis ist, dass die im Metall der Flügel abgelagerte Wärmeenergie größer ist als die mechanische Energie, die wir ursprünglich zum Komprimieren der Luft verwendet haben. Was für mich ziemlich effizient klingt.
Andererseits wäre es eine Verschwendung , die Enteisungsluft wärmer als unbedingt nötig zu machen , nachdem wir damit fertig sind .
Benutzer
schweber
Adam Davis
Adam Davis