CC BY
224. Воронин В. Г., Ревякин А. В., Тарасов А. В., Сасин В. Я. Низкотемпературные тепловые трубы для летательных аппаратов. М. : Машиностроение. 1976. 200 р.
5. Buz V. N., Smirnov H. F. The film-wise condensation on the finned surfaces and with artificial suction in space conditions. The general analysis, modeling, research // The physics of heat transfer in boiling and condensation / Proc. of the International Symposium. Moscow, Russia. May 21-24. 1997. P. 545-549.
6. Vasily Buz, Konstantin Goncharov, Henry Smirnov. The surface tension forces influence on the film-wise condensation intensity // 9th Minsk International Seminar "Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources", Belarus, September 07-10. 2015.
References
1. Chi S. W. "Heat Pipe Theory and Practice", Hemisphere Publ. Corp., McGraw Hill Bok Co. New York, 1976.
2. Dunn P. D., Reay D. A. Heat Pipes : Pergamon Press, 1st Ed. 1976.
3. Bezrodnyi M. K., Pioro I. L., Kostyuk T. S. Transport processes in two-phase thermosyphon systems. K. : Fact, 2003. 480 p.
4. Voronin V. G., Revyakin A. V., Tarasov A. V., Sasin V. Ya. Low-temperature heat pipes for aircraft. M. : Mechanical engineering. 1976. 200 p.
5. Buz V. N., Smirnov H. F. The film-wise condensation on the finned surfaces and with artificial suction in space conditions. The general analysis, modeling, research // The physics of heat transfer in boiling and condensation / Proc. of the International Symposium. Moscow, Russia. May 21-24. 1997. P. 545-549.
6. Vasily Buz, Konstantin Goncharov, Henry Smirnov. The surface tension forces influence on the film-wise condensation intensity // 9th Minsk International Seminar "Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources", Belarus, September 07-10. 2015.
© CaBHeHKOBa H. M., 2016
УДК 681.3:536.24.08
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ В ПАРОВОМ КАНАЛЕ КОРОТКИХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ
А. В. Серяков, А. В. Конькин
ООО «РУДЕТРАНССЕРВИС» Российская Федерация, 173000, г. Великий Новгород, ул. Нехинская, 55
E-mail: seryakovav@yandex.ru
Представлены результаты численного моделирования пульсаций в паровом канале, выполненном в виде сопла, близкого к соплу Лаваля, коротких низкотемпературных тепловых труб (ТТ). Результаты численного анализа подтверждают экспериментально полученное увеличение частоты пульсаций в паровом канале коротких ТТ при увеличении перегрева капиллярно-пористого испарителя относительно температуры кипения рабочей жидкости.
Ключевые слова: численное моделирование, сопло Лаваля, пульсации в паровом канале ТТ.
NUMERICAL SIMULATION OF PULSATIONS IN VAPOUR CHANNEL OF SHORT LOW-TEMPERATURE RANGE HEAT PIPES
A. V. Seryakov, A. V. Konkin
LLC «RUDETRANSSERVICE» 55, Nekhinskaya Street, Velikiy Novgorod, 173000, Russian Federation
E-mail: seryakovav@yandex.ru
The authors present results of the numerical simulation ofpulsations in the vapour channel, close to Laval nozzle, of short low-temperature range heat pipes (HP). The numerical results prove the experimentally obtained increase in the frequency ofpulsations in the vapour channel of short HP with increasing overheat of the porous evaporator relative to the boiling point of the working fluid.
Keywords: Numerical simulation, Laval nozzle, pulsations in the vapour channel of HP (heat pipes).
Интенсивное развитие и применение коротких низкотемпературных ТТ с повышенными значениями коэффициента теплопередачи ставит задачи детального изучения процессов внутреннего течения и конден-саци в паровом канале. Выполнение парового канала
в виде сопла, близкого к соплу Лаваля, и окруженного слоем капиллярно-пористой вставки вдоль всей длины короткой ТТ, приводит к увеличению скорости, частоты пульсаций течения влажного пара и коэффициента теплопередачи в сравнении с ТТ со стандарт-
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
ным цилиндрическим паровым каналом при равных габаритных размерах [1-4].
Возникновение пульсаций скорости и давления при течении влажного пара внутри парового канала в коротких ТТ представляет собой сложное явление, связанное с возникновением кипения в капиллярно-пористом испарителе и прерывистым распространением пара над ним. Исследование пульсаций подробно описано в [4]. В настоящей статье сопоставляет результаты численного моделирования течения влажного пара в паровом канале, близком к соплу Лаваля, в коротких ТТ с экспериментальными результатами определения частоты пульсаций. Специально разработанные короткие ТТ с паровым каналом, близким к соплу Лаваля, и предназначенные для измерения частоты пульсаций, показаны более подробно в предыдущем докладе. Вместе со сложными были изготовлены более простые ТТ также с капиллярной вставкой и испарителем и со стандартным цилиндрическим паровым каналом, при равных габаритных размерах.
Пульсационные характеристики коротких ТТ измеряли следующим образом. Перегрев испарителя ТТ относительно температуры кипения принятого в качестве рабочей жидкости диэтилового эфира 5Т = Т - Тв увеличивали дискретными шагами на величину 1 К. На электроды емкостных датчиков подавали электрические импульсы внешнего генератора с частотой следования 10.. .100 кН и амплитудой 5V. Начиная с некоторого перегрева 5Т испарителя ТТ электрические импульсы оказываются модулированными. Измерение частоты модуляции импульсов проводили через схему усиления и фильтрации, цифровой осциллограф и компьютер. Погрешность измерения частоты модуляции не превышает 5
Представлены результаты численного моделирования скорости течения сжимаемой паровой среды внутри парового канала в виде сопла, близкого к соплу Лаваля. Численное моделирование было проведено методом конечных элементов с помощью программы ANSYS в 2D варианте и осесимметричных условиях.
Осциллограммы нарастания частоты модуляции в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель ТТ показаны на рис. 1.
Начальные пульсации давления возникают в ТТ с паровым каналом в виде сопла, близкого к соплу Ла-валя, при перегреве испарителя 5Т-9К, частота пульсаций (частота модуляции электромагнитных импульсов) /1 ~386 Гц, нижняя осциллограмма; 5Т ~20К, ~ 502Ш, верхняя осциллограмма.
Экспериментальные значения частоты модуляции в зависимости от перегрева 5Т = Т - Тв испарителя (рис. 2) относительно температуры кипения диэтило-вого эфира 308,55 К (35,4 °С); 1 - ТТ с паровым каналом в виде сопла, близкого к соплу Лаваля; 2 - ТТ со стандартным цилиндрическим паровым каналом, при равенстве внешнего диаметра ТТ и площади сечения капиллярно-пористых вставок. Хорошо видно возрастание частоты пульсаций при возрастании перегрева 5Т, К.
Рис. 1. Осциллограммы нарастания частоты модуляции в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель ТТ
0 5 10 15 20
(5 Т, К
Рис. 2. Экспериментальные значения частоты модуляции в зависимости от перегрева
Последовательные этапы расчета скорости течения влажного пара представлены на рис. 3; слева стороне модель с тремя устойчивыми пульсациями в паровом канале, справа - с четырьмя последовательными пульсациями скорости. Явное возникновение пульсаций в паровом канале, частота пульсаций увеличивается, что согласуется с экспериментальными результатами [4-5]. Модулирование толщины жидкостной пленки на поверхности конденсации и позволяет определить частоту пульсаций внутри парового канала коротких ТТ. Кроме того, вблизи поверхности конденсации на верхней крышке ТТ образуется приповерхностный вихрь влажного пара. Взаимодействие пульсаций скорости (и давления) влажного пара и приповерхностного вихря и определяет повышенную интенсивность конденсации в коротких ТТ с паровым каналом, близким к соплу Лаваля, и повышенный коэффициент теплопередачи по сравнению с ТТ со стандартным цилиндрическим паровым каналом.
Рис. 3. Последовательные этапы расчета скорости течения влажного пара, сверху вниз (слева - модель с тремя устойчивыми пульсациями в паровом канале, справа - с четырьмя последовательными пульсациями скорости)
Библиографические ссылки
1. Seryakov A. V. Velocity measurements in the vapour channel of low temperature range heat pipes // International Journal of Engineering Research & Technology 2013. Vol. 2, № 8. P. 1595-1603.
2. Seryakov A. V., Konkin A. V., Belousov V. K. The intensification of heat-transfer characteristic of heat pipes // Proceedings of the VIII Minsk International Seminar of Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources. Minsk, Belarus, 12-15 September 2011. Vol 2. P. 59-65.
3. Seryakov A. V., Konkin A. V., Belousov V. K. Application of jet vapour nozzle in heat pipes of medium temperature range // Vestnik SibSAU. 2012. Iss. 1(41). P. 142-147.
4. Seryakov A. V. Pulsation flow in the vapour channel of short low temperature range heat pipes // International Journal on Heat and Mass Transfer. Theory and Application. 2014. Vol. 2, № 2. P. 40-49.
5. Варгафтик H. В. Справочник по теплофизиче-ским свойствам газов и жидкостей. М. : Физмалит, 1963. 708 с.
References
1. Seryakov A. V. Velocity measurements in the vapour channel of low temperature range heat pipes// International Journal of Engineering Research & Technology. 2013. Vol. 2, № 8. P. 1595-1603.
2. A.V. Seryakov, A.V. Konkin, V.K. Belousov .The intensification of heat-transfer characteristic of heat pipes.//Proceedings of the VIII Minsk International Seminar of Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources. Minsk, Belarus. 12-15 September. 2011. Vol. 2. P. 59-65.
3. A. V. Seryakov, A. V. Konkin, V. K. Belousov. Application of jet vapour nozzle in heat pipes of medium temperature range // Vestnik SibSAU. 2012. Iss. 1(41). P. 142-147.
4. Seryakov A. V. Pulsation flow in the vapour channel of short low temperature range heat pipes // International Journal on Heat and Mass Transfer. Theory and Application. 2014. Vol. 2, № 2. P. 40-49.
5. Vargaftic N. B. Spravochnick po teplophizicheskim svoistvam gasov i zhidkostey. M. : PhM literatura, 1963. 708 p.
© CepsKOB A. B., KOHBKHH A. B., 2016
