Занимательная физика
Имеет ли смысл включать топливные насосы для подогрева топлива?
Когда самолёт прилетает, то после длительного полёта в холоде на высоте (-50..-60 градусов) топливо внутри его крыльевых баков остаётся холодным.
На переохлаждённую поверхность крыла из воздуха намерзает влага, приводя к появлению топливного льда.
Наличие такого льда на верхней поверхности вынуждает проводить противообледенительную обработку даже при плюсовой температуре и без осадков.
Что можно сделать взамен?
Заправить баки тёплым топливом. Неплохой вариант, но для этого температура топлива должна быть заметно выше нуля, а заправлять надо тогда много.
Если же условия пограничны, то можно сделать так.
Я обычно, если есть время, включаю топливные насосы в крыльях на время обслуживания.
Оправдано это или нет? Людская молва часто относится к такому действию с сомнением.
И хотя практика показывает, что иней и лёд всё-таки тают, или как минимум топливо внутри крыла нагревается, но не всем бывает очевиден источник этого нагрева.
Поэтому поразмыслю.
При включении насосов к нагреву топлива могут приводить два эффекта - омывание топливом тёплого крыла и рассеивание в топливо электрической энергии.
Первый эффект, как я полагаю, не особо выражен.
Потому что при неработающих двигателях топливо внутри бака может двигаться только по заправочной магистрали от законцовки крыла к корню. А для открытия этого пути надо открывать электрический кран тумблером на топливной заправочной панели. Разумеется, так сильно этим вопросом никто не заморачивается.
Поэтому при работающих крыльевых насосах топливо нагнетается в линию питания двигателя и там упирается в закрытый пожарный кран. При этом существует некоторая циркуляция топлива для охлаждения самого насоса.
Второй эффект - рассеивание тепла от насосов в топливо - многим представляется смешным. И в самом деле - как можно нагреть тонны топлива какими-то насосиками?
И вот этот вопрос я сейчас и рассмотрю в числах.
Сразу предупрежу, что расчёты будут не до пятого знака после запятой, а прикидочными - чтобы понять принципиальную возможность подогрева топлива и порядок величины этого эффекта.
Исходные параметры:
Примерно две тонны топлива в крыле при температуре примерно -7 градусов (после прилёта).
Панель АЗС показывает нам, что автоматы защиты топливных насосов имеют надпись 10A.
Видимо, это - максимальный рабочий ток автомата.
Узнаем мощность насоса.
10A*115V = 1,150 кВт. Точнее, конечно, писать В*А. Но вся энергия, подведённая к насосу, в конечном итоге всё равно преобразуется в тепло топлива внутри бака, поэтому принимаем округлённо 1 кВт.
Это мощность по одной фазе. То есть, автомат трёхфазного электромотора будет пропускать максимум 3 кВт.
Так как ток срабатывания автомата должен быть выше рабочего тока насоса, то для простоты примем тепловую мощность насоса при работе в 2 кВт.
Таких насосов в баке два, то есть в сумме они дадут 4 кВт тепла.
Теперь посмотрим, могут ли эти 4 кВт заметно нагреть тонны топлива.
Удельная теплоёмкость керосина - 2000 Дж / (кг·град) (отсюда) . Это значит, что для нагрева одного килограмма керосина на один градус надо затратить 2000 Дж энергии.
То есть, для нагрева 2000 кг керосина на 1 градус нам понадобится 2000 кг * 2000 Дж = 4 МДж энергии.
У нас есть киловатты. 1 Дж = 1 Вт*с. 1 кВт⋅ч = 1000 Вт ⋅ 3600 с = 3,6 МДж.
То есть, примерно те же 4 МДж тепла получились бы из 1 кВт электричества за один час работы насоса. Два насоса с их 4 кВт либо вчетверо быстрее нагреют 2 т на один градус, либо нагреют их на 4 градуса за то же время.
Значит, за 1 час работы два насоса способны нагреть 2 т керосина на 4 градуса.
Теперь ещё раз посмотрим на заглавную фотку.
Видно, что температура топлива в концевых отсеках баков почти точно соответствует температуре наружного воздуха.
А температура в корневых отсеках, где находятся насосы, выше природы на 3..6 градусов.
Возможно, что оба эффекта (омывание крыла и нагрев электричеством) суммируются.
Однако если бы основной причиной нагрева была бы циркуляция топлива о поверхность крыла в районе насосов, то керосин не нагрелся бы выше температуры воздуха, а достиг некой промежуточной температуры, ниже природной.
Однако мы наблюдаем реально заметное превышение над природой.
Таким образом, теоретические расчёты подтверждают эмпирически наблюдаемый факт подогрева топлива включением насосов.
Этот способ можно использовать для предотвращения и удаления инея на крыле во время длительного обслуживания.
Конечно, тепло в итоге рассеется в природу через большую поверхность крыла. Но по дороге оно всё же нагреет топливо и, скорее всего, растопит иней.
Пользуйтесь, бесплатно.
Poll