CC BY
49<Решетнеес^ие чтения. 2016
щения X, Y' и X, Y", на вилках которых закреплены тросы. Для возможности балансировки обвода относительно оси вращения Y на балке закреплены балансировочные грузы (рис. 3).
Рис. 3. Схема балансировки обвода: 1 - вывеска; 2 - орбвод; 3 - хомут; 4 - трос; 5 - груз; 6 - груз; 7 - репер; 8 - скоба; 9 - болт; 10 - вилка
Зацепы выполнены в виде крестообразного основания, на концах продольной балки которого установлены шарнирные узлы с осями вращения X, Y и X, Y\ За вилки шарнирных узлов крепятся зацепы на тросах обводов. К рефлекторам зацепы крепятся непосредственно своими основаниями к спицам посредством зацепов. По центру продольной балки зацепов установлены опоры, шарнирно закрепленные на кронштейнах двумя втулками. Втулки используются в качестве упора в подставляемую под раскрытый рефлектор колонну комплекта оборудования для испытаний.
Для сборки уникальных трансформеров в АО «ИСС» имеется специальное купольное сооружение, принадлежащее цеху крупногабаритных трансформируемых систем и антенно-фидерных устройств. Для обеспечения максимальной точности расположения
всех элементов конструкции используются современные лазерные радары, позволяющие определить положение любой точки детали с точностью до 0,05 мм. Также в купольном здании постоянно поддерживаются заданная температура, влажность, скорость потоков воздуха и уровень частиц. Это осуществляется за счет автоматических систем, без участия персонала, т. е. с помощью датчиков, программных средств и исполнительных органов.
Библиографические ссылки
1. Elektronic textbook StatSoft [Электронный ресурс]. URL: http://www.krsk.aif.ru/society/ letayushchaya_ antenna_i_infrakrasnyy_teleskop_razra.
2. Трансформируемая система перспективных космических аппаратов / П. В. Андреев, А. Г. Еремин, Л. С. Коробков, А. В. Матвеев // Решетневские чтения. М.
3. Пат. 2442249 Российской Федерации, МПК Н 01 Q15/16 Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор и способ его наземной отработки / Щербаков А. М., Корсун В. П., Вовк А. В., Фролов И. В., Лопота В. А., Ермаков П. Н.
4. Elektronic textbook StatSoft [Электронный ресурс]. URL: http// viu.tsu.ru/news/practices/1539/.
References
1. Elektronic textbook StatSoft. URL: http://www.krsk.aif.ru/society/letayushchaya_antenna_i_i nfrakrasnyy_teleskop_razra.
2. Convertible system advanced spacecraft / P. V. Andreev, A. G. Eremin, L.S. Boxes, A. V. Matveev, "Krasnaya Zvezda". Moscow, Reshetnev readings.
3. Pat. 2442249 Russian Federation, IPC H 01 Q15 / 16-size space deployable reflector and a method of ground tests. / Shcherbakov A. M., Korsun V. P., Vovk A. V., Frolov I. V., Lopota V. A., Ermakov P. H.
4. Elektronic textbook StatSoft. URL: http // viu.tsu.ru/news/practices/1539/.
© Наговицин В. Н., Половко М. С., Титаренко С. А., 2016
УДК 536.248.2
КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩАЯ СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ И КОНТУРНОЙ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ
В. Г. Пастухов*, Ю. Ф. Майданик
Институт теплофизики УрО РАН Российская Федерация, 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 107а
*Е-таП: [email protected]
Представлены результаты разработки теплопередающей системы, состоящей из пульсирующей и контурной тепловых труб. Испытания показали высокую эффективность системы и ее работоспособность при любых ориентациях в поле сил тяжести.
Ключевые слова: контурная тепловая труба, пульсирующая тепловая труба, теплопередающая система, космическая техника.
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
COMBINED HEAT-TRANSFER SYSTEM ON THE BASIS OF A LOOP AND A PULSATING HEAT PIPE
V. G. Pastukhov*, Y. F. Maydanik
Institute of Thermal Physics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences 107a, Amundsen Street, Yekaterinburg, 620016, Russian Federation *E-mail: [email protected]
The paper presents the results of development of the heat transfer system containing a pulsating heat pipe and a loop heat pipe. Tests show the high efficiency of the system and its efficiency at any orientation in the gravitational field.
Keywords: loop heat pipe, pulsating heat pipe, heat transfer system, space technology.
Введение. Обеспечение тепловых режимов космической техники является одной из актуальных задач проектирования. Для ее решения широко используются высокоэффективные двухфазные теплопередающие устройства - тепловые трубы. Различные типы тепловых труб имеют свои конструктивные особенности, которые определяют наиболее подходящую область их применения. Вместе с тем существуют задачи, решение которых с помощью какого-то одного типа тепловой трубы либо невозможно, либо приводит к конструкциям с неудовлетворительными тепловыми и массогабаритными характеристиками. В частности, весьма актуальна проблема охлаждения объектов в условиях, когда сток тепла находится на расстоянии, существенно превышающем размеры этих объектов. Для решения обозначенной задачи предлагается использовать комбинацию пульсирующей (ПТТ) и контурной (КТТ) тепловых труб.
ПТТ представляет собой пучок многократно изогнутой капиллярной трубки (или каналов в сплошном материале), частично заполненный рабочей жидкостью [1]. Перенос тепла в ПТТ осуществляется за счет самоподдерживающихся хаотических пульсаций чередующихся пузырей пара и жидкостных пробок, которые возникают при наличии градиента температур. ПТТ не содержит капиллярной структуры и является одной из простейших конструкций среди двухфазных теплопередающих устройств. Кроме того, многообразие конструкционных воплощений ПТТ и способность работать при любой ориентации [2; 3] делают их весьма привлекательными для применения в системах охлаждения электроники [4; 5]. Однако возможности ПТТ для передачи тепла на достаточно большое расстояние весьма ограничены.
КТТ характеризуется локальным размещением капиллярной структуры в зоне нагрева и раздельными каналами для пара и жидкости, которые соединяют испаритель и конденсатор. Эти устройства имеют высокие теплотранспортные характеристики и способны передавать тепло на достаточно большие расстояния при любой ориентации в гравитационном поле [6]. Однако эти преимущества реализуются при относительно высоких плотностях теплового потока в зоне испарения. Кроме того, в КТТ сложно организовать эффективный сбор тепла от источника с большой поверхностью. Использование мультииспарительной схемы КТТ [7] или синтеза испарителя LHP с обычной плоской тепловой трубой [8] значительно усложняет конструкцию системы.
Цель данной работы состояла в разработке экспериментальной комбинированной ПТТ-КТТ системы и определении ее теплопередающих характеристик.
Описание системы. Общий вид ПТТ-КТТ системы представлен на рис. 1. Она включает последовательно соединяемые ПТТ замкнутого типа и КТТ. ПТТ была изготовлена из медной трубки диаметром 2 мм, изогнутой в виде меандра с 40 прямолинейными участками, и сопряжена с алюминиевой пластиной с размерами 260x200x3 мм. В качестве рабочей жидкости в ПТТ был выбран фреон R152a. На противоположной стороне пластины размещались три плоских электрических нагревателя и тепловой интерфейс испарителя КТТ.
Рис. 1. Разнесенный вид ПТТ-КТТ системы
КТТ имела цилиндрический испаритель диаметром 18 мм, снабженный тепловым интерфейсом из алюминиевого сплава. Конденсатор КТТ был сопряжен с тонкой алюминиевой пластиной толщиной 1 мм. Эффективное расстояние теплопереноса КТТ составляло 0,8 м. КТТ была выполнена из нержавеющей стали. В качестве теплоносителя использовался аммиак.
Результаты испытаний. В процессе испытаний по данным температурных полей оценивались термические сопротивления системы и ее частей в зависимости от тепловой нагрузки и ориентации. Вначале в индивидуальных испытаниях тепловых труб были определены их характеристики. ПТТ передавала до 170 и 260 Вт при ориентациях +90° (вертикально, нагрев сверху) и -90°(вертикально, нагрев снизу) соответственно. В диапазоне тепловых нагрузок от 20 до 170 Вт ее термическое сопротивление оценивалось величиной 0,08±0,02 °С/Вт. Термическое сопротивление КТТ составляло около 0,12±0,02 °С/Вт и практически не зависело от ориентации в диапазоне нагрузок от 50 до 260 Вт.
Решетневские чтения. 2016
Испытания ПТТ-КТТ системы выявили особенности запуска с низких тепловых нагрузок порядка 20 Вт. При ориентациях 0° (горизонтальная) и +90° (вертикальная, нагрев сверху) запуск происходил не сразу, а после разогрева ПТТ и испарителя КТТ до ~35 °С. При этих условиях термическое сопротивление системы было повышенным и составляло 1,0-1,2 °С/Вт. Данные по термическому сопротивлению системы приведены на рис. 2. С увеличением тепловой нагрузки до 50 Вт термическое сопротивление системы резко снижалось, что свидетельствовало об успешном запуске обеих тепловых труб. Видно также, что в диапазоне тепловых нагрузок от 50 до 170 Вт термическое сопротивление системы находилось на уровне 0,25±0,05 °С/Вт независимо от ориентации.
•
а ф= +90°(нагреа сверху)
• 0° (горнонт)
А ♦ ф= 90° {нагрей снизу)
1 V 4 X ** ♦ ♦ ♦ ♦
0 50 100 150 200 250 300
Т«плонал пируэта, Цт
Рис. 2. Зависимость термического сопротивления ПТТ-КТТ системы от тепловой нагрузки при различных ориентациях
Заключение. Показана принципиальная возможность создания комбинированных теплопередающих систем на базе ПТТ и КТТ, обладающих хорошими теплотранспортными характеристиками и отвечающих широкому кругу задач теплового регулирования.
Библиографические ссылки
1. Akachi H. Structure of a Heat Pipe. United States Patent, 1990. No. 4921041.
2. Khandekar S., Groll M., Charoensawan P. et. al. Closed and open pulsating heat pipes // Proc. of the 13th Int. Heat Pipe Conf., Shanghai, China, September 21-25. 2004. P. 36-48.
3. Yang H., Khandekar S., Groll M. Operational limit of closed loop pulsating heat pipes, Appl. Therm. Eng., 2008. Vol. 28. P. 49-59.
4. Akachi H., Polasek F., Stulc P., Pulsating Heat Pipes, Proc. 5th Int. Heat Pipe Symp., Melbourne, Australia. 1996. P. 208-217.
5. Maydanik Y. F., Dmitrin V. I., Pastukhov V. G. Compact cooler for electronics on the basis of a pulsating heat pipe, Appl. Therm. Eng., 2009. Vol. 29. P. 3511-3517.
6. Maydanik Yu. Loop heat pipes, Appl. Therm. Eng. 2005. Vol. 25. P. 635-657.
7. Maydanik Yu. F., Fershtater Yu. G., Pastu-khov V. G. et al., Thermoregulation of Loops with Capillary Pumping for Space Use, SAE Technical Paper Series. 1992. No 921169.
8. Пат. 2120593 Российская Федерация, МПК7 F28D15/04. Теплопередающее устройство / Майда-ник Ю. Ф., Гончаров К. А. ; заявл. 10.08.1996 ; опубл. 20.10.1998.
References
1. Akachi H. Structure of a Heat Pipe, United States Patent. 1990. No. 4921041.
2. Khandekar S., Groll M.,Charoensawan P. et. al., Closed and open pulsating heat pipes, Proc. of the 13th Int. Heat Pipe Conf., Shanghai, China, September 21-25.
2004. P. 36-48.
3. Yang H., Khandekar S., Groll M. Operational limit of closed loop pulsating heat pipes, Appl. Therm. Eng. 2008. Vol. 28. P. 49-59.
4. Akachi H., Polasek F., Stulc P. Pulsating Heat Pipes, Proc. 5th Int. Heat Pipe Symp., Melbourne, Australia. 1996. P. 208-217.
5. Maydanik Y. F., Dmitrin V. I., Pastukhov V. G. Compact cooler for electronics on the basis of a pulsating heat pipe, Appl. Therm. Eng. 2009. Vol. 29. P. 3511-3517.
6. Maydanik Yu. Loop heat pipes, Appl. Therm. Eng.
2005. Vol. 25. P. 635-657.
7. Maydanik Yu. F., Fershtater Yu. G., Pastu-khov V. G. et al. Thermoregulation of Loops with Capillary Pumping for Space Use, SAE Technical Paper Series. 1992. No 921169.
8. Maydanik Y. F., Goncharov K. A. Heat transfer device, Patent RF, 1998, No. 2120593.
© Пастухов В. Г., Майданик Ю. Ф., 2016
УДК 536.248
МЕТОДИКА И ПРОГРАММА РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК АКСИАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ
Н. М. Савченкова
Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» Российская Федерация, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14 E-mail: [email protected]
Моделирование и расчет характеристик аксиальных тепловых труб является важной научно-технической задачей при проектировании систем охлаждения, термостабилизации и терморегулирования аппаратуры авиационной и ракетно-космической техники.
Ключевые слова: тепловая труба, аксиальные канавки, тепломассообмен.
