CC BY
37Решетнеескцие чтения. 2015
УДК 536.24
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ РАДИАТОРА-ИЗЛУЧАТЕЛЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
А. В. Делков, А. А. Ходенков, Ф. В. Танасиенко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: delkov-mx01@mail.ru
Рассматривается проблема моделирования секции радиатора-излучателя системы терморегулирования космического аппарата. Приводятся результаты расчета с использованием пакетов Syrthes и CodeSaturne.
Ключевые слова: моделирование, радиатор-излучатель, теплообмен.
MODELING SPACECRAFT FIN-TUBE RADIATOR
A. V. Delkov, A. A. Hodenkov, F. V. Tanasiyenko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: delkov-mx01@mail.ru
This paper covers a problem of modeling section of the radiator-emitter spacecraft thermal control system. The results of the calculation with using the packages and Syrthes Code_Saturne are presented.
Keywords: modeling, radiator section, heat exchange.
Радиатор-излучатель космического аппарата предназначен для отвода тепловой энергии в космическое пространство и является одним из значимых элементов системы обеспечения теплового режима [1]. Расчет параметров такого радиатора-излучателя представляет собой задачу со сложным (сопряженным) теплообменом (conjugate heat transfer - CHT) [2].
Рассмотрим секцию радиатора-излучателя (рис. 1), которая конструктивно представляет собой трубу с теплоносителем, соединенную с радиационной панелью. С одной стороны секция контактирует с потоком теплоносителя, соответственно идет теплоотдача от теплоносителя в стенку; другая сторона панели является радиационной, с которой тепловой поток сбрасывается в открытый космос. Секции группируются в панели радиаторов-излучателей. Геометрия секции может быть разнообразной, в данной работе исследуется секция с параметрами, представленными на рис. 1.
Задача расчета сопряженного теплообмена в данном случае разбивается на две подзадачи: распределение температур в твердом теле (радиатор-излучатель) и распределение температур в жидком теплоносителе [3]. Эти две подзадачи решаются совместно с общим граничным условием - конвективным теплообменом через стенку трубы.
В рамках данной работы в качестве тестовой задачи решалась задача со следующими граничными условиями:
- рабочее тело - изооктан;
- материал радиатора - алюминий;
- температура теплоносителя на входе в секцию + 60 оС;
- труба с диаметрами 12 мм (внутренний) и 13 мм (наружный), длиной 0,5 м;
- размер радиационной площадки 0,5*0,1 м, толщина площадки 2 мм;
- толщина контактной пластины между трубой и поверхностной пластиной - 2 мм.
Рис. 1. Исследуемый профиль секции радиатора-излучателя
В качестве скоростей теплоносителя рассматривались 0,02; 0,05; 0,1 и 0,2 м/с, обеспечивающие ламинарный режим течения. Коэффициент теплоотдачи определялся по критериальным уравнениям с использованием теплофизических и транспортных свойств изооктана.
Задача решалась численно. Для решения расчетная область делилась на подобласти твердого тела и жидкости. Для расчета использовались совместно пакеты Syrthes (твердое тело) [4] и Code_Saturne (жидкость) [5]. Подобласти разбивались на конечные элементы: для жидкости 7 000 элементов, для твердого тела 20 000 элементов. Результаты расчета представлены на рис. 2.
В целом результаты исследования показали возможность численного решения задачи сопряженного теплообмена для участка радиатора-излучателя.
Тепломассообменные процессы в конструкциях ЛА, энергетическихустаноеок,и систем жизнеобеспечения
TEMPERATURE 51.37015447
46.54816936
TEMPERATURE 51.37015447
46.54816936
Рис. 2. Характер распределения температуры по излучающей поверхности при скорости потока 0,05 м/с (сверху - распределение по поверхности излучения, снизу - по оборотной стороне)
Однако стоит отметить, что даже для такого короткого участка время расчета одного случая составляет 15 минут.
Для решения задачи оптимизации по нескольким параметрам (площадь панели, расход, геометрия) необходимо рассмотрение упрощенной задачи (например, 1-D теплообмен в области жидкости).
References
1. Massardo A.F. et al., 1997. Solar Space Power System Optimization with Ultralight Radiator // Journal of Propulsion and Power, 13(4), pp. 560-564. Available at: http://dx.doi.org/10.2514/2.5203.
2. Modest M. Radiation Combined with Conduction and Convection. Radiative Heat Transfer, pp. 680-728.
Available at: http://dx.doi.org/10.1016/b978-012503163-9/50022-9.
3. Minkowycz W. J., Sparrow E. M., Murthy J. Y. eds., 2000. Handbook of Numerical Heat Transfer. Available at: http://dx.doi.org/10.1002/9780470172599.
4. SYRTHES - Software - EDF R&D [Электронный ресурс]. URL: http://researchers.edf.com/ software/syrthes-44340.html (дата обращения: 12.04.2015).
5. Welcome to Code_Saturne [Электронный ресурс]. URL: http://code-saturne.org/cms/ (дата обращения: 12.04.2015).
© Делков А. В., Ходенков А. А., Танасиенко Ф. В., 2015
УДК 62-713: 004.942
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ В СРЕДЕ MODELICA
А. В. Делков, Ю. Н. Шевченко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россииская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: delkov-mx01@mail.ru
Рассматривается задача вычислительного моделирования системы охлаждения в среде Modélica. Приводится методика построения расчетной схемы и результаты исследования.
Ключевые слова: вычислительное моделирование, система охлаждения, Modélica.
