Проблемы расчета течения хладагентов в профилированных каналах Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетневскуе чтения. 2014

Кроме определения параметров расчетных режимов алгоритм дает возможность спрогнозировать нерасчетные: начало кипения в контуре, отсутствие теп-лосброса на радиационных панелях из-за их пониженной температуры и т. д.

Reference

1. Meseguer J., Perez-Grande I. Spacecraft Thermal Control Woodhead Publishing Limited, 2012. 413 p.

© ,3,emoB A. B., TaHacueHKO B., XogeHKOB A. A., 2014

УДК 533.697

ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА ТЕЧЕНИЯ ХЛАДАГЕНТОВ В ПРОФИЛИРОВАННЫХ КАНАЛАХ

А. В. Делков, А. А. Ходенков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматривается алгоритм расчета течения хладагентов в профилированных каналах с учетом термодинамических свойств по диаграмме состояния.

Ключевые слова: течение, хладагент, профилированный канал.

ISSUES OF CALCULATING THE FLOW OF REFRIGERANT IN THE PROFILED CHANNELS

A. V. Delkov, A. A. Hodenkov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The algorithm of calculation of the refrigerant flow in the profiled channels with reference to the thermodynamic properties in the state diagram is proposed.

Keywords: flow, refrigerant, profiled channel.

Проблема расчета течения хладагентов в профилированных каналах возникает при проектировании различных энергетических установок, использующих хладагенты в качестве рабочего тела: это центробежные компрессоры, детандеры, турбины и т. д. В качестве основных специфических особенностей такого течения необходимо указать следующие [1]:

• термодинамические свойства меняются весьма существенно даже в пределах небольших диапазонов изменения температур и давлений;

• из-за низкого значения теплоемкости при наличии теплообмена возможна конденсация в каналах и образование гетерогенного потока.

Данную задачу можно решить в конечно-разностных пакетах типа ANS YS, SolidWorks Flow Simulation и т. д. Недостатки этих методов в ограниченной доступности этих пакетов для исследователей (в плане высокой стоимости), часто значительных затратах машинного времени при расчете и сложно -стью при импорте результатов в сторонние пакеты и приложения.

Решение с помощью стандартных формул газовой динамики с постоянными коэффициентами показателя адиабаты и газовой постоянной затруднительно из-за весьма значительного изменения свойств рабочего тела даже в локальных задачах расчета дозвукового течения.

В настоящей работе предлагается алгоритм расчета течения потока хладагента (фреона R22) через сопло с отслеживанием изменения свойств рабочего тела по диаграмме состояния.

Суть алгоритма сводится к следующему: одномерный канал по длине делится на конечные объемы. Для каждого текущего объема рассчитываются температура, давление, однозначно определяющие точку на диаграмме состояния. При переходе к следующему конечному объему методом перебора с определенным шагом начинает меняться плотность среды, до тех пор, пока не сойдется уравнение неразрывности на границах области. В предположении изоэнтропного течения плотность определяет новую точку на диаграмме состояния, откуда находятся новые значения температуры и давления. Далее алгоритм повторяется.

Для тестирования алгоритма результаты по нему сравнивались с расчетом численными методами и расчетом по газодинамическим формулам с постоянными параметрами. Рассматривался дозвуковой случай течения фреона R22 в канале с радиусами 7 мм (вход) и 2 мм (выход) при расходе 120 гр/с.

В табл. 1 представлены данные по термодинамическим параметрам на входе и на выходе из канала, а также их процентное изменение. Данные были получены из программы CoolPack, однако они хорошо коррелируют с другими источниками, например

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов

КБРРКОР. Быстрее всего - на 16 % - меняется газовая постоянная. Показатель адиабаты меняется на 2,41 %, что составляет значимую величину в подобных расчетах.

Сравнение результатов расчета различными методами (табл. 2) позволяет сделать следующие выводы: в плане определения температур и давлений предложенный алгоритм хорошо согласуется с результатами численных расчетов. Однако при определении плотности возникли расхождения, связанные, скорее всего, с неточностью определения свойств рабочего тела

Изменение термодинамичес

по уравнениям состояния и/ или диаграмме. Различие плотностей повлияло и на скорости. Для выявления всех обстоятельств необходим более развернутый анализ.

Данный алгоритм был рассмотрен для одномерного течения, однако его методология применима и для более сложных случаев. Алгоритм позволяет с высокой точностью и в то же время без применения коммерческих пакетов рассчитывать течения в одномерных каналах любой геометрии. Главным достоинством алгоритма является возможность встраивания его в собственные приложения для расчета более сложных картин течения.

Таблица 1

х свойств в тестовой задаче

Точка Давление, атм Температура, С cp, Дж/кг cv, Дж/кг a, м/с k R, Дж/кг

Вход 30 140 924 718 189,03 1,286 206

Выход 17,63 106 851 678 186,88 1,255 173

Изменение, % - - 7,9 5,57 1,12 2,41 16,01

Таблица 2

Сравнение результатов расчета (параметры на выходе)

Температура, °С Плотность, кг/м3 Скорость, м/с

Решение: по алгоритму 106 55,07 183

- численно 107 61,48 173

- по формулам идеального газа 94 59,45 290

Reference Nozzles // J. of Propulsion and Power. 2008. Vol. 24,

1. Colonna P., Harinck J., Rebay S., Guardone A. no. 2, p. 282-294. doi: 10.2514/1.29718. Real-Gas Effects in Organic Rankine Cycle Turbine

© Ae^KOB A. B., XogeHKOB A. A., 2014

УДК 669.713.7

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС РАСЧЕТОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЕЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

А. А. Зуев, Е. В. Блинков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматриваются методики расчета и программное обеспечение: расчет параметров течения и теплоотдачи в пространственном канале при прямолинейном и вращательном течении (3D Flow).

Ключевые слова: полости вращения, энергетические установки, расчет течения, программное обеспечение.

PROGRAM COMPLEX OF CALCULATIONS OF HYDRODYNAMIC AND THERMAL PARAMETERS OF ELEMENT CALCULATION OF FLOW CHANNEL OF POWER PLANTS

A. A. Zuev, E. V. Blinkov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: [email protected]

Methods of calculation and software are calculation ofparameters of a flow and thermolysis in the space channel at rectilinear and rotational currents (3D Flow).

Keywords: rotation cavities, engine installations, current calculation, software.