Приближенный метод расчета теплового режима панельного холодильника-излучателя


Авторы

Черкасов С. Г.*, Лаптев И. В.**

Исследовательский центр имени М.В. Келдыша, ГНЦ Центр Келдыша, Онежская ул., 8, Москва, 125438, Россия

*e-mail: sgcherkasov@yandex.ru
**e-mail: laptev@kerc.msk.ru

Аннотация

Предложен приближенный метод расчета стационарного теплового режима панельного холодильника-излучателя с учетом продольных и поперечных температурных неоднородностей в трубе теплоносителя и излучающих ребрах и соответствующих неоднородностей в распределении лучистого теплового потока. Типичный панельный холодильник-излучатель в виде изогнутой трубки с излучающими ребрами, через которую принудительно прокачивается жидкий или газообразный теплоноситель, представляется прямолинейной трубой с равномерно подстыкованными к ней по углу ребрами. По мере продвижения вдоль трубы теплоноситель отдает тепло в окружающую конструкцию, откуда это тепло излучается в космос. Температура теплоносителя на выходе из панельного холодильника-излучателя меньше, чем на входе, и эта разность температуры определяет излучаемый интегральный тепловой поток. Для учета процесса теплообмена между теплоносителем и стенкой трубы введен коэффициент теплообмена, являющийся задаваемым параметром задачи. Условие сопряжения теплового потока и температуры в точке стыковки трубы и ребра, а также рассмотрение теплового баланса теплоносителя позволяют свести задачу к обыкновенному дифференциальному уравнению, описывающему динамику изменения температуры теплоносителя вдоль трубы. Предложенный метод может использоваться для определения линейных размеров панельного холодильника-излучателя с заданными характеристиками и требованиями по сбросу тепловой мощности. Проведенные расчеты теплового режима панельного холодильника-излучателя перспективного космического аппарата с ядерной энергоустановкой на борту продемонстрировали работоспособность предложенного метода. Показано, что в материале стенки трубы температурные перепады незначительны, а основные температурные неоднородности реализуются на ребре. Отклонения температуры места стыковки трубы и ребра от температуры теплоносителя в каждом сечении также незначительны, что подтверждает правомерность линеаризации, используемой в предложенном методе. Рассмотрено влияние различных приближений при оценке теплового состояния панельного холодильника-излучателя. Показано, что упрощенные расчеты, не учитывающие температурные неоднородности внутри конструкции панельного холодильника излучателя, могут приводить к существенным ошибкам в определении габаритов конструкции.

Ключевые слова

панельный холодильник-излучатель, теплоноситель, температурная неоднородность, тепловое излучение, излучающее ребро

Библиографический список

  1. Фаворский О.Н., Каданер Я.С. Вопросы теплообмена в космосе. М.: Высшая школа, 1967. 240 с.

  2. Ройзен Л.И., Дулькин И.Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей / Под ред. В.Г. Фастовского. М.: Энергия, 1977. 256 с.

  3. Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УРСС, 2003. 784 с.

  4. Черкасов С.Г. Асимптотические решения в задаче о теплопроводном излучающем ребре // ТВТ. 2011. Т. 49. № 6. С. 955.

  5. Черкасов С. Г., Лаптев И. В. Приближенное аналитическое решение двухмерной задачи о теплопроводном излучающем ребре // ТВТ. 2017. Т. 55. № 1. С. 81.

  6. Формалев В.Ф., Ревизников Д.Л. Численные методы. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 400 с.

  7. Ferziger J.H., Peric M. Computational methods for fluid dynamics. Springer, 2002. 423 p.

  8. Jansen F., Bauer W., Masson F., Ruault J.-M., Worms J.-C., Detsis E., Lassoudiere F., Granjon R., Gaia E., Ferraris S., Tosi M.C., Koroteev A.S., Semenkin A.V., Solodukhin A., Tinsley T., Hodgson Z., Guimaraes L.N.F. Step-by-step realization of the international nuclear power and propulsion system (INPPS) mission. Proceedings of 66th International Astronautical Congress 2015 (IAC 2015): Space — The Gateway for Mankind’s Future, IAF, 2015. C. 7716–7724.

  9. Коротеев А.С., Ошев Ю.А., Попов С.А., Каревский А.В., Солодухин А.Е., Захаренков Л.Э., Семенкин А.В. Ядерная энергодвигательная установка космического аппарата // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2015. № 5. С. 45–59.

  10. Koroteev A.S., Oshev Y.A., Popov S.A., Karevsky A.V., Solodukhin A.Y., Zakharenkov L.E., Semenkin A.V. Nuclear power propulsion system for spacecraft // Thermal Engineering. 2015. V. 62. N 13. P. 971—980.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024