CC BY
149
а) тепловой насос типа «подогрев или охлаждение». Способен работать только в одном режиме, что имеет существенный недостаток: при охлаждении помещений не обеспечивает горячей водой;
б) тепловой насос типа «подогрев и охлаждение». Способен работать одновременно в двух режимах, что дает преимущество перед первым типом, но имеет определенные недостатки, так как предусматривает установку дополнительного оборудования, что в свою очередь ведет к повышению цен на приобретение и установку теплового насоса.
Предложена схема кондиционирования помещения и снабжения горячей на основе ХМ, работающей в режиме теплового насоса круглый год (рис. 1). В данной схеме предусмотрен режим теплового насоса только на подогрев воды. Подогреваемая вода в теплообменном аппарате (конденсаторе ХМ) 2, поступает в накопительный бак 5, из которого через насосную станцию 6, обеспечивающую гидравлический режим, горячая вода распределяется в коллекторе 7, далее горячая вода поступает к потребителю 8, для зимнего периода горячая вода также поступает в доводчики 9 для обеспечения отопления помещений. Для охлаждения помещений используется холодная вода, добываемая со скважины (низкопотенциальное тепло для теплового насоса), подаваемая
в доводчики 9. В доводчике происходит поглощение тепла водой, после чего ее рационально подавать в испаритель 4 для уменьшения затрат энергии на подогрев воды.
Регулировка температуры воздуха в помещении осуществляется с помощью регулирующего оборудования 14, которое при изменении температуры датчика 15, изменяет скорость вращения вентилятора доводчика и расход теплоносителя 13.
Подача воздуха 12 в помещение может осуществляться как непосредственно через доводчик, так и отдельно в помещение с использованием вытесненной вентиляции.
Предложенная схема позволяет использовать горячую воду и получать охлажденный воздух, а также сократить потребляемую энергию ХМ на подогрев воды.
Библиографическая ссылка
1. Измайлова Н. Г., Кулаков Е. В., Хайцен М. Ю. Использование эжекционного доводчика для охлаждения помещения в теплый период года // Решетнев-ские чтения. 2012.
© Кулаков Е. В., 2013
УДК 629.78
Ф. В. Танасиенко, Ю. Н. Шевченко Научный руководитель - А. А. Кишкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА, РАБОТАЮЩИХ В ОТКРЫТОМ КОСМОСЕ
Представлено описание методики проведения теплового расчёта электронных приборов (ЭП), работающих в открытом космосе.
Основой конструкции современных спутников является их негерметичное исполнение, т. е. все спутниковые приборы способны работать в открытом космосе. В условиях космического пространства передача тепла конвекцией исключается. Следовательно, рассматривается только передача тепла теплопроводностью и тепловое излучение.
Конструктивно приборы состоят из алюминиевых рамок. Состав рамки представлен на рисунке 1. Рамки между собой собираются в модули, скреплённые винтами. Каждая рамка также крепится винтами к кронштейнам. К основаниям рамок приклеены склейки плат из стеклотекстолита, на которых и располагаются ЭРИ.
Для ЭП, работающих в открытом космосе, характерными являются нестационарные режимы функционирования. Температуры в таких приборах непрерывно изменяются по времени под действием переменных внутренних и внешних тепловых потоках. В тепловых анализах ЭП выделяют два крайних случая: «Горячий» и «Холодный».
«Холодный» случай характеризуется следующими основными параметрами:
• минимальные внешние тепловые потоки;
• максимальное внутреннее тепловыделение прибора;
• значения оптических коэффициентов на начало срока активного существования.
«Горячий» случай характеризуется следующими основными параметрами:
• максимальные внешние тепловые потоки;
• минимальное внутреннее тепловыделение прибора;
• значения оптических коэффициентов на конец срока активного существования.
Тепловая математическая модель приборов состоит:
1) из геометрической модели, предназначенной:
- для расчета поглощенных внешних тепловых потоков;
- коэффициентов лучистого теплообмена между расчетными узлами;
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
- коэффициентов кондуктивного теплообмена между расчетными узлами;
2) из файла исходных данных для формирования системы дифференциальных уравнений теплового баланса расчетных узлов, содержащего:
- массивы поглощенных внешних тепловых потоков для заданных положений прибора на орбите;
- коэффициенты кондуктивного и лучистого теплообмена между расчетными узлами;
- внутренние тепловые потоки расчетных узлов;
- теплоемкости расчетных узлов.
Рис. 1
а1
ууууу
ч а2
2
'ч \ 'ч 'ч /
6 7
/п/, г п г
УУЧА^^
Г V ГЧ ГЧ-7Т
\-25_ аб
Т—гх
—ГГ.—;
/ 1 J
• (
ч / ч \ / ч / > ф <
8
Рис. 2. Расчетная схема ЭРИ: 1 - ЭРИ; 2 - посадочное место ЭРИ; 3-7 - расчетные узлы проводника печатной платы; 8 - основание рамки. Тепловые проводимости: а1 - между ЭРИ и посадочным местом ЭРИ через клей и подставки или излучением; а2 - между ЭРИ и проводником печатной платы по выводам ЭРИ; а3 - между расчетными узлами проводника печатной платы; а4 - между расчетными узлами проводника печатной платы и основанием рамки; а5 - между посадочным местом ЭРИ и основанием рамки через текстолит; а6 - между контактной площадкой ЭРИ
и основанием рамки через текстолит
1
5
Для проведения анализа нестационарного теплового режима приборов, использовался узловой метод конечных разностей, в котором конструкция прибора разбивается на ряд изометрических расчётных узлов. Для каждого узла записывается уравнение баланса
энергии. В результате получается система нелинейных уравнений теплового баланса следующего вида:
(Ч^=Х еВнеш +Х е-внур - т)+
■ Н-к 'СТ0 ( - Т4 ) -Сто • Ъ 'Ъ-к ■ Т4. (1)
к
Для ее решения используются численные методы. В результате решения, с учетом начальных и граничных условий, получаем значения температур на посадочных местах ЭРИ.
Перегрев тепловыделяющих ЭРИ относительно их посадочных мест определяется исходя из установочных параметров ЭРИ по расчетной схеме, приведенной на рис. 2.
© Танасиенко Ф. В., Шевченко Ю. Н., 2013
УДК 658.26; 621.165.1
Т. А. Тасенко, И. О. Прокаев Научный руководитель - А. В. Делков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПРИМЕНЕНИЕ ПРЯМЫХ СИЛОВЫХ ЦИКЛОВ НА НИЗКОКИПЯЩИХ
РАБОЧИХ ТЕЛАХ
Оцениваются проблемы и перспективы утилизации низкопотенциальных тепловых источников. Рассматриваются цикл работы установки паротурбинной установки на низкокипящем рабочем теле.
Тенденции роста цен на энергоносители и сокращение их запасов определяют необходимость поиска путей разработки и эффективного использования новых и альтернативных источников энергии. По результатам анализа отечественной и зарубежной литературы возможно выделить 4 типа источников тепла, являющихся перспективными для освоения и требующих разработки специфического подхода к их использованию в качестве энергетических ресурсов [1; 2]:
■ геотермальное тепло;
■ тепловая мощность солнечного излучения;
■ тепловые выбросы промышленности;
■ тепловые потоки от двигателей и бортовой аппаратуры транспортных систем, в том числе автомобилей, морского транспорта, космических аппаратов.
Особенность вышеприведенных источников - наличие отличной от окружающей среды температуры, которой, впрочем, не достаточно для организации традиционных паросиловых циклов на водяном паре. Температурный напор, - разница между температурой теплового источника и окружающей средой, - для этих источников лежит в диапазоне 60-200 °С. В литературе такие источники получили название низкопотенциальных.
Перспективными и наиболее распространенными методами трансформации тепловой энергии в механическую и электрическую являются паросиловые циклы на турбомашинах. Такие циклы функционируют по принципу переноса тепла от источника к области теплосброса с выработкой энергии. При указанных температурных напорах паросиловой цикл возможно осуществить только с помощью специфических рабочих тел - органических (этанол, фреон, изобутан и т. д.).
Актуальность исследования и разработки вышеприведенных энергетических ресурсов заключена в том, что, не смотря на их перспективность, до сих пор отсутствуют адекватные и оптимальные методы их использования. Инженерные разработки подобных паротурбинных установок (ПТУ) на органических
рабочих телах (ОРТ), представленные на мировом рынке (Turboden (Italy), Infinity Turbine LLC (USA)), имеют эффективный КПД в диапазоне 10-12 % и ограниченные диапазоны применения. Эффективных методов проектирования и оптимизации подобных установок еще не разработано.
Принципиальная структурная схема ПТУ на ОРТ (рис. 1) включает в себя следующие элементы:
1. Турбина - используется активная осевая турбина для превращения энергии рабочего тела в работу.
2. Циркуляционный насос - предназначен для повышения давления рабочего тела и подачи его в испаритель.
3. Испаритель - предназначен для передачи тепла от источника к рабочему телу.
4. Конденсатор - предназначен для передачи тепла рабочего тела источнику холода и перевода рабочего тела в жидкую фазу.
5. Электрогенератор.
Структурная схема установки и цикл работы
Принцип работы установки следующий. Рабочее тело получает тепло от источника в испарителе, за счет чего он испаряется и нагревается. После этого рабочее тело поступает на турбину, где расширяется с отводом энергии. Давление и температура рабочего тела при этом снижаются. Далее рабочее тело поступает в конденсатор, где конденсируется за счет взаи-
