Радиационный теплообменник двухфазного обеспечения теплового режима космического аппарата. Численное моделирование теплопередающего элемента


Авторы

Басов А. А.*, Лексин М. А.**, Прохоров Ю. М.

ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королёва», ул. Ленина, д. 4А, г. Королёв, Московская обл., Россия, 141070

*e-mail: andrey.basov@rsce.ru
**e-mail: LexinMA@mail.ru

Аннотация

Приводится краткое описание и логика работы двухфазного контура системы обеспечения теплового режима перспективного обитаемого космического аппарата. Рассматривается конструктивная схема радиационного теплообменника, предназначенного для сброса тепла, выделяющегося при работе оборудования, установленного на космическом аппарате, и экипажа в окружающее пространство за счет лучистого теплообмена. Также приведено описание конструкции теплопередающих элементов, которые входят в состав радиационного теплообменника и необходимы для подвода тепла от теплоносителя двухфазного контура и распределения его по поверхности радиационного теплообменника. Конструкция теплопередающего элемента представляет собой тепловую трубу, которая выполнена из омегообразного профиля и заправлена аммиаком, с установленным на ее поверхности с гарантированным тепловым контактом теплообменником-конденсатором. Теплообменник-конденсатор, в свою очередь, состоит из двух проточных полостей, одна из которых предназначена для прокачки и охлаждения теплоносителя жидкостного кольца двухфазного контура системы обеспечения теплового режима космического аппарата, а другая — для прокачки и конденсации его паров. Предложена методика определения тепловых и гидравлических характеристик теплопередающего элемента, разработанная с использованием программного комплекса ANSYS. Проведен расчет полей скорости и температуры в проточных полостях теплообменника-конденсатора теплопередающего элемента. Получена зависимость гидравлического сопротивления жидкостной и паровой полостей теплообменника-конденсатора теплопередающего элемента от расхода теплоносителя, а также перепад температур между температурой теплоносителя на входе в проточные полости теплопередающего элемента и температурой полки конденсационной зоны тепловой трубы. В работе приведено описание экспериментальной установки и методики, которые использовались при лабораторно-отработочных испытаниях теплопередающих элементов в условиях однофазного и двухфазного режимов работы двухфазного контура. Проведено сравнение результатов расчета по предложенной методике с результатами испытаний теплопередающего элемента, которое позволило сделать вывод о соответствии теплопередающего элемента выбранной конструкции его заданным тепловым и гидравлическим характеристикам.

Ключевые слова

космический аппарат, система обеспечения теплового режима, двухфазный контур, радиационный теплообменник, теплопередающий элемент, численное моделирование

Библиографический список

  1. Никонов А.А., Горбенко Г.А., Блинков В.Н. Теплообменные контуры с двухфазным теплоносителем для систем терморегулирования космических аппаратов. М.: Центр НТИ Поиск. Сер.: Ракетно-космическая техника, 1991. 302 с.

  2. Малясов А.А., Зверев В.А. Системы терморегулирования с двухфазным контуром для перспективных космических станций // Электронный журнал «Молодежный научно-технический вестник». 2013. № 9. http://sntbul.bmstu.ru/doc/619160.html

  3. Басов А.А., Лексин М.А., Прохоров Ю.М. Двухфазный контур системы обеспечения теплового режима научно-энергетического модуля. Численное моделирование гидравлических характеристик // Космическая техника и технологии. 2017. № 2 (17). С. 80–89.

  4. Prokhorov Y.M., Sementsov A.N., Gorbenko G.A., Ganja E.P., Malukhin C.A., Prokhopenko A.A. Condensation and capillary transport of liquid on the profiled surfaces // Proc. of the International Symposium of the Physics of Heat Transfer in Boiling and Condensation and 11th International School-Seminar of Young Scientists and Specialists. May 21-24, 1997, Moscow, Russia. P. 551–556.

  5. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. 672 с.

  6. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1959. 414 с.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024