CC BY
12ШепломассооВменные процессы в конструкциях ЯЛ, энергетических.установоки систем жизнеобеспечения УДК 655.3.022.11
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КОНДЕНСАТОРЕ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ
А. А. Ходенков, Д. А. Топоев, М. А. Ермаков, В. С. Белозеров, А. В. Делков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: [email protected]
Рассмотрен термодинамический процесс, протекающий в конденсаторе системы терморегулирования, изучены особенности работы конденсатора, влияющие на его расчеты. Результаты экспериментальных исследований сведены в график и приведены в материалах работы.
Ключевые слова: конденсатор, тепловой процесс, эксперимент.
MATHEMATICAL MODELLING AND ANALYSIS OF HEAT TRANSFER PROCESS IN THE CONDENSER THERMAL CONTROL SYSTEM
A. A. Hodenkov, D. A. Topoev, M. A. Ermakov, V. S. Belozerov, A. V. Delkov
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsk^ Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russia. E-mail: [email protected]
In that work has been describe thermodynamical process which proceeds in condenser of system of temperature control. The features of the capacitor, complicating its calculation, are described. The data of experimental research are presented.
Keywords: capacitor, thermal process, experiment.
На данном этапе развития космических аппаратов необходима оптимизация их систем терморегулирования. Требуется переход к оптимизации проектируемых систем с целью повышения их энергоэффективности, сокращение капитальных затрат. Данную задачу возможно разрешить с применением достоверных моделей тепловых процессов в элементах системы терморегулирования [1; 3-5].
В данной работе рассматриваются термодинамические процессы в одном из основных элементов активной системы терморегулирования - конденсаторе.
Степень эффективность конденсатора определяется степенью интенсивности теплообмена и площадью распространения фазового перехода [2]. Оценка эффективности обычно производится на этапе проектировочного расчета. В настоящее время вопрос достоверного расчета таких систем остается открытым. Это обусловлено особенностями работы:
- изменение свойств сред в зависимости от степени фазового перехода по длине канала (рис. 1);
- наличие различных режимов течения в трубах теплообменного аппарата;
- изменение скорости, числа Рейнольдса и коэффициента теплоотдачи по длине фазового перехода.
В данном исследовании ставится задача унифицировать расчетный аппарат для создания универсальных алгоритмов, подходящих для произвольного конденсатора, позволяющих существенно повысить энер-
гоэффективность и снизить массогабаритные и стоимостные параметры.
Была проведена серия экспериментальных исследований с целью определения длины фазового перехода и коэффициентов теплоотдачи. Для проведения этой серии экспериментов собрана холодильная установка, работающая по обратному циклу, размещенная в климатической камере объемом 10 м3.
В эксперименте измерялась температура по длине конденсатора.
Рис. 1. График течения при фазовом переходе в конденсаторе
На основе проведенных экспериментов по температурному полю (рис. 2) двухфазного тепло-
!Решетневс^ие чтения. 2016
обменкка можно определить длину фазового перехода без разрыва первого рода.
Рис. 2. Двухфазный теплообменик (температурное поле)
Обработка экспериментальных данных будет служить основой верификации алгоритма расчета и проектирования системы терморегулирования космических аппаратов. На основе алгоритма планируется создать эффективный инструмент оптимизации подобных систем.
Библиографические ссылки
1. Гущин В. Н. Системы терморегулирования // Основы устройства космических аппаратов : учебник для вузов. М. : Машиностроение, 2003. С. 197-216.
2. Данилова Г. Н., Богданов С. Н., Иванов О. П. и др. Теплообменные аппараты холодильных установок / под ред. Г. Н. Даниловой. 2-е изд., перераб. и доп. Л. : Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. 303 с.
3. Чубарь А. В., Пастушенко О. В., Колчанов И. П. Перспективы улучшения характеристик испытательного стенда для контроля герметичности систем космических аппаратов связи // J. of Siberian Federal University. Engineering and Technologies. 2014. № 7. С. 811-820.
4. Технологические особенности снижения критичных газовых нагрузок на этапе тепловакуумной отработки космического аппарата и его составляющих / И. П. Колчанов, М. М. Михнев, А. В. Делков,
А. А. Кишкин // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : тезисы X Всерос. науч.-практ. конф. творческой молодежи. В 2 т. Т. 1. 2014. С. 71-72.
5. Самарский А. А., Вабищевич П. Н. Численные методы решения обратных задач математической физики М. : Эдиториал УРСС, 2004. С. 289-318.
References
1. Guscin V. N. Sistemy termoregulirovanija. Osnovy ustrojstva kosmicheskih apparatov (Thermal control systems. Basic devices of spacecrafts). M. : Mechanical Engineering, 2003. 272 p.
2. Danilova G. N., Bogdanov S. N., Ivanov O. P. Te-ploobmennye apparaty holodil'nyh ustanovok (Heat exchangers of refrigeration systems). Leningrad : Mechanical Engineering. Leningrad Branch, 1986. 303 p.
3. Chubar' A. V., Pastushenko O. V., Kolchanov I. P. Perspektivy uluchsheniya kharakteristik ispytatel'nogo stenda dlya kontrolya germetichnosti sistem kos-micheskikh apparatov svyazi [Prospects for improving the characteristics of the test bench for leak test systems, communications satellites] // Journal of Siberian Federal University. Engineering and Technologies. 2014. № 7. Р. 811-820.
4. Tekhnologicheskie osobennosti snizheniya kritich-nykh gazovykh nagruzok na etape teplovakuumnoy otrabotki kosmicheskogo apparata i ego sostavlya-yushchikh [Technological features reduce the load on the critical gas phase thermal vacuum mining spacecraft and its components] / I. P. Kolchanov, M. M. Mikhnev, A. V. Delkov, A. A. Kishkin // Aktu-al'nye problemy aviatsii i kosmonavtiki: tezisy X Vseros. nauch.-prakt. konf. tvorcheskoy molodezhi: v 2 t. 2014. Vol. 1. Р. 71-72.
5. Samarskiy A. A., Vabishchevich P. N. Chislennye metody resheniya obratnykh zadach matematicheskoy fiziki [Numerical methods for solving inverse problems of mathematical physics]. M. : Editorial URSS, 2004. Р. 289-318.
© Ходенков А. А., Топоев Д. А., Ермаков М. А., Белозеров В. С., Делков А. В., 2016
