CC BY
23Тепломассообменные 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: [email protected]
Рассматривается задача вычислительного моделирования системы охлаждения в среде Modélica. Приводится методика построения расчетной схемы и результаты исследования.
Ключевые слова: вычислительное моделирование, система охлаждения, Modélica.
Решетнеескцие чтения. 2015
COMPUTATIONAL MODELLING THE COOLING SYSTEM IN THE MODELICA TOOL
A. V. Delkov, Yu. N. Shevchenko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
This article covers problem of the computational simulation of the cooling system in the Modelica tool. The research proposes the methods to make calculation scheme, and it presents the results of research.
Keywords: computational modeling, cooling system, Modelica.
Системы охлаждения находят свое применение для решения широкого спектра задач - от регулирования температуры в радиоэлектронных приборах до обеспечения тепловых режимов космических аппаратов. Конструктивно простейший контур системы жидкостного охлаждения (рис. 1) представляет собой два теплообменных аппарата, внутри которых циркулирует теплоноситель. Один теплообменный аппарат предназначен для отвода излишнего тепла приборов или охлаждаемых конструкций, второй - для сброса отведенного тепла в окружающее пространство.
ческое сопротивление между потоком теплоносителя и источниками и стоками тепла задается элементами Шегта1соМиС:ог. Для замыкания контура используется условие равенства температуры жидкости на входе и на выходе.
Рис. 1. Принципиальная схема жидкостного контура
Задача расчета жидкостного контура относится к поточной термодинамике [1]. Основную сложность вызывает определение изменения температуры теплоносителя (а значит, и его теплофизических свойств) при движении по контуру. Изменение температуры оказывает существенное влияние на удельные тепловые потоки, в результате чего теплообмен происходит неравномерно [2].
В данной работе для моделирования жидкостного контура использована среда OpenModelica, основанная на языке Modelica [3]. Течение жидкости с теплообменом моделируется с использованием библиотеки Modelica.Fluid. Охлаждаемый прибор и граничные условия по тепловым потокам задавались с помощью библиотеки Modelica.Thermal [4].
В качестве задающего элемента для потока жидкости использовался источник постоянного массового расхода (boundary 1) (рис. 2). Теплообменник для охлаждения прибора (pipel) и радиатор (pipe2) моделируются трубами, разбитыми на 5 изотермических участков. Для моделирования прибора использовался элемент heatcapacitorl с заданными массой и теплоемкостью (в виде их произведения cm). Отведенное от прибора тепло сбрасывается в окружающую среду с температурой + 20 оС (fixedtemperaturel) [5]. Терми-
Рис. 2. Моделируемая система в ОрепМо<!еНса
Для моделирования использовались следующие условия:
- теплоноситель - вода с фиксированными параметрами (не зависят от температуры);
- расход воды 0,01 кг/с, диаметр трубы 5 мм;
- для теплообменников длина трубы 0,5 м;
- время моделирования 5 000 с, причем в момент 2 500 с тепловая нагрузка прибора отключается.
В приведенной постановке можно исследовать характеристики системы при изменении различных параметров. Основной контролируемой характеристикой является температура охлаждаемого прибора и ее изменение по времени.
Было проведено исследование зависимости температуры прибора по времени от его теплоемкости. График зависимости температуры при трех различных значениях теплоемкостей приведен на рис. 3.
От теплоемкости зависит время выхода на режим, а для случая изменения тепловой нагрузки - еще и диапазон изменения температур самого прибора. Для случая ст = 1 Ы/К равновесие прибора наступило в момент (1 000 с). При этом равновесная температура составила 34,48 оС. Для случая ст = 5 Ы/К равновесие прибора наступило в момент (2 000 с). Для случая ст = 20 Ы/К в момент выключения нагрузки (2 500 с) прибор не пришел в состояние теплового равновесия.
В целом результаты тестовой задачи хорошо согласуются с физической постановкой, а значит, мо-
Тепломассообменные процессы в конструкциях ЛЛ, энергетических установок\и систем жизнеобеспечения
дель может быть использована для дальнейших исследований.
_ст=1СЮ0
»4 '
/ /ып=5000
н| / /
i4 / X
f„: I /
я
Рис. 3. Изменение температуры прибора по времени при различных значениях теплоемкости
В работе была рассмотрена одна из самых простых систем охлаждения. Однако использованный метод позволяет рассматривать системы любой сложности. Программа может быть использована для расчета па-
раметров контура и для проведения его многовариантной оптимизации.
References
1. Incropera F. P., Witt D. P. D. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. John Wiley & Sons, 5th edition, 2001.
2. Andersson J. D., Jr. Computational fluid dynamics -the basics with applications, McGraw-Hill International Editions, 1995.
3. Modelica Language Specification Version 3.3 May 9, 2012 https://www.modelica.org/documents/ ModelicaSpec3 3 .pdf
4. Franke R., Casella F. Standardization of Thermo-Fluid Modeling in Modelica.Fluid, Proceedings 7th Modelica Conference, Como, Italy, Sep. 20-22, 2009 p. 122-131, http://www.ep.liu.se/ecp/043/013/ ecp09430077.pdf.
5. Elmqvist H., Tummescheit H., and Otter M. Object-Oriented Modeling of Thermo-Fluid Systems, in Proceedings of the 3rd International Modelica Conference, Modelica Association, Linkoping, 2003, pp. 269-286.
© Делков А. В., Шевченко Ю. Н., 2015
УДК 629.78.048.7
МЕТОДИКА РАСЧЁТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ «ПАР-ЖИДКОСТЬ» В УСТРОЙСТВАХ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КА В ПРОЦЕССЕ ЕЁ ПЕРЕХОДА ИЗ ПРОИЗВОЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ В РАВНОВЕСНОЕ
В. И. Дорохов, А. В. Леканов
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Российская Федерация, 662972, г. Железногорск, ул. Ленина, д. 52 E-mail: [email protected]
Определяется конечное значение термодинамических параметров, таких как давление, температура, плотность, энтальпия, для пара и жидкости при переходе их из произвольного неравновесного состояния в равновесное состояние.
Ключевые слова: система терморегулирования, двухфазная система пар-жидкость, расчёт термодинамических параметров.
THE METHOD OF CALCULATION OF THERMODYNAMIC PARAMETERS OF TWO-PHASE SYSTEMS "VAPOR - LIQUID" IN THE DEVICES FOR SPACECRAFT THERMAL CONTROL SYSTEM DURING ITS TRANSITION FROM AN ARBITRARY STATE TO THE EQUILIBRIUM
V. I. Dorokhov, A. V. Lekanov
JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
Is determined by the final value of the thermodynamic parameters such as pressure, temperature, density, enthalpy, vapor and liquid in the transition from not arbitrary equilibrium state to equilibrium state.
Keywords: thermal control system, two-phase system of vapor-liquid, calculation of thermodynamic parameters.
Данная работа посвящена одной из проблем математического моделирования переходных теплофизи-ческих процессов в двухфазных системах терморегулирования. После отключения внешних возмущаю-
щих факторов, например, таких как нагреватели или охладители, двухфазная система предоставлена сама себе, то есть в изолированном от внешнего мира состоянии. Если же пар и жидкость при этом не нахо-
