CC BY
32Для расчета и анализа подобных установок с успехом может применяться аппарат математического моделирования [2]. В рамках данной работы разрабатывается математическая модель установки, использующей в качестве источника тепла солнечную радиацию. В настоящее время создана экспериментальная установка мощностью до 500 Вт для проведения испытаний и получения данных для отработки алгоритма расчета. Турбина экспериментальной установки представлена ниже (см. рисунок).
Турбина экспериментальной установки
Проведение эксперимента и уточнение математической модели позволит найти оптимальные параметры подобных установок в диапазоне до 500 Вт.
Кроме того, планируется доработка математической модели паротурбинной установки. Корректиров-
ке подвергнутся расчетные коэффициенты потерь, которые определяются при анализе экспериментальных данных. В результате на основе полученной модели предполагается проводить оптимизацию паротурбиной установки.
Библиографические ссылки
1. Ramon F. G. A Viable Megawatt-Class Space Power Plant under Rankine Cycle // J. of Energy and Power Engineering. 2012. № 6. P. 683-694.
2. Разработка установок-утилизаторов низкопотенциального тепла на основе органического цикла Ренкина / А. А. Кишкин, Д. В. Черненко, А. А. Ходен-ков, А. В. Делков, Ф. В. Танасиенко // Альтернативная энергетика и экология : междунар. науч. журн. 2013. № 14. С. 57-63.
References
1. Ramon F. G. A Viable Megawatt-Class Space Power Plant under Rankine Cycle // Journal of Energy and Power Engineering № 6 (2012), p. 683-694.
2. Razrabotka ustanovok-utilizatorov nizkopoten-tsial'nogo tepla na osnove organicheskogo tsikla Renkina / Kishkin A. A., Chernenko D. V., Khodenkov A. A., Delkov A. V., Tanasiyenko F. V. (Russian Development of systems-low-grade heat recovery based on an organic Rankine cycle) // ISJAEE 14,2013, № 14, 2013, p. 57-63.
© Делков А. В., Кишкин А. А., Шевченко Ю. Н., 2014
УДК 629.7
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТНОГО КОНТУРА СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ
А. В. Делков, Ф. В. Танасиенко, А. А. Ходенков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Рассматривается задача моделирования гидравлического контура системы терморегулирования космического аппарата. Описывается расчетная схема и алгоритм расчета. Приводятся результаты расчета по математической модели.
Ключевые слова: жидкостный контур, система терморегулирования, космический аппарат.
CALCULATION OF FLUID CIRCUIT THERMAL CONTROL SYSTEM A. V. Delkov, F. V. Tanasienko, 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 problem of modeling the hydraulic circuit thermal control system of the spacecraft is presented. The design scheme and the calculation algorithm are described. Calculation results on the mathematical model are proposed.
Keywords: fluid circuit, thermal control system, the spacecraft.
Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов
Основной задачей теплового расчета систем терморегулирования является оценка их холодопроизво-дительности и достижимых температур на объектах охлаждения. При этом необходимо проанализировать зависимости этих параметров от большого числа конструктивных и режимных вариантов исполнения системы с целью выбора оптимального их сочетания. Для этого используется аппарат математического моделирования.
В данной работе рассматриваются алгоритм и программа расчета характеристик простейшего жидкостного контура системы терморегулирования космического аппарата [1] с разбиением на северную и южную стороны. На каждой стороне контура присутствует охлаждаемый прибор, радиационная поверхность, которые имеют тепловую связь в виде жидкостного контура с движущимся теплоносителем (рис. 1).
В рассматриваемой системе присутствует несколько механизмов теплопередачи. При моделировании такой системы необходимо использовать следующие уравнения:
- тепловое излучение с поверхности радиаторов;
- теплопроводность через стенки радиаторов, труб контура;
- теплопередача от стенок труб в жидкостный контур;
- тепловой нагрев приборов и рабочего тела в контуре.
Данные уравнения легли в основу расчетного алгоритма. При течении рабочего тела в контуре постоянно меняется его температура, а значит и теплофи-зические параметры, поэтому расчет в алгоритме ведется по длине. Наличие замкнутого контура добавляет в систему уравнений условия энергетического баланса и уравнения неразрывности.
В данной постановке математической модели возможно получение характеристик системы при изменении массового расхода, геометрических и теплофи-зических параметров охлаждаемых приборов, площади поверхности излучения и т. д.
При расчете были получены характеристики изменения температуры прибора и холодопроизводитель-ности при регулировании расхода (рис. 2). Эти характеристики позволяют определить оптимальный расход в системе. В частности, для представленной задачи оптимальным является расход 0,1 кг/с, так как дальнейшее его увеличение не приводит к существенному изменению параметров системы.
ЮГ 2
плЬшаль f
т?мпертоура, С
теплоизоляция
солнце Озип Вт
НИ
площадь Пг1, м?
плэццлна из лигнин
плоцидко ИЗЛУИ5НИЯ ТГМПС^Т озогг, С
площадь Пг1, м2 плоцаль Гэг,
СЕВЕР N
Рис. 1. Принципиальная схема жидкостного контура
Рис. 2. Характеристики изменения холодопроизводительности и температуры прибора в системе при изменении массового расхода
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., TaHacneHKO 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 Я22) 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 Я22 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 Соо1Раск, однако они хорошо коррелируют с другими источниками, например
