- •1. Системы обеспечения теплового режима
- •2. Моделирование теплового режима термоконтейнера космического аппарата на орбите (лабораторный практикум)
- •Лабораторная работа №1 Моделирование внешнего теплообмена термоконтейнера космического аппарата на орбите
- •Моделирование условий освещенности гермоконтейнера солнечным тепловым потоком
- •Определение угловых коэффициентов планетного облучения гермоконтейнера
- •Определение плотности поглощенных поверхностью рто тепловых потоков солнечного и планетного излучений (внешней тепловой нагрузки)
- •Определение тепловых потоков через экранно-вакуумную теплоизоляцию днищ гермоконтейнера
- •Лабораторная работа № 2 Моделирование внутреннего теплового режима термоконтейнера
- •Определение расхода циркулирующего в гермоконтейнере теплоносителя
- •Теплообмен в канале радиационного теплообменника
- •Конвективный теплообмен в нагретой зоне гермоконтейнера
- •Выбор способа регулирования теплового режима гермоконтейнера
- •Основные расчетные случаи для сотр гермоконтейнера
- •Лабораторная работа №4 Определение проектных параметров газожидкостной системы обеспечения теплового режима гермоконтейнера космического аппарата
- •Математическая модель рто жидкостного контура
- •Моделирование температурного состояния газожидкостной сотр
- •Алгоритм определения проектных параметров газожидкостной системы обеспечения теплового режима
Лабораторная работа № 2 Моделирование внутреннего теплового режима термоконтейнера
Моделирование внутреннего теплового режима производится в соответствии со схемой его обеспечения (см. рис. 1.3) и предполагает определение следующих характерных параметров:
• расхода циркулирующего в термоконтейнере газового те¬плоносителя;
• коэффициента теплоотдачи в канале радиационного теплообменника;
• коэффициента теплоотдачи и величины перегрева в нагретой зоне термоконтейнера.
Определение расхода циркулирующего в гермоконтейнере теплоносителя
Требуемая величина массового расхода теплоносителя G в гермоконтейнере определяется из условия обеспечения заданного диапазона изменения температуры газа () для одного из расчетных стационарных режимов.
Расчетный режим по внутренним тепловыделениям характеризуется определенным уровнем внутренних тепловыделений аппаратуры в соответствии с заданной циклограммой (см. рис. 2.1).
Таким образом,
где - отношение мощности полезного сигнала к потребляемой мощности (КПД аппаратуры); - удельная теплоемкость газового теплоносителя термоконтейнера.
Если для обеспечения теплового режима термоконтейнера используется схема с постоянным расходом циркулирующего теплоносителя в гермоконтейнере, то в качестве расчетного режима обычно принимается режим максимальных энергопотреблений (Nmax). Тогда
Теплообмен в канале радиационного теплообменника
С целью интенсификации процесса теплообмена в щелевом канале РТО (в зазоре между обечайкой гермоконтейнера и внутренним кожухом) необходимо обеспечить турбулентный режим теплообмена с использованием следующих критериальных зависимостей для Nu (критерия Нуссельта), приведенных в подразд. 1.4.
а) при длине канала lк lн , где lн =40Δh - длина начального термического участка канала,
;
б) при длине канала lк > lн
; ;
Коэффициент теплоотдачи в канале радиационного теплообменника α определяется по найденной величине критерия Nu:
где - коэффициент теплопроводности газового теплоносителя; - некоторый характерный геометрический параметр. Для плоских каналов =2Δh.
Из условия обеспечения турбулентного режима теплообмена в канале РТО (Re >2200) определяется необходимая площадь «живого» сечения канала радиационного теплообменника:
где
Полная площадь сечения кольцевого канала РТО
Выбором параметра должно быть обеспечено условие . При этом коэффициент перекрытия сечения канала Ks = 1 - не должен быть более 0,5.
Конвективный теплообмен в нагретой зоне гермоконтейнера
Нагретой зоной гермоконтейнера принято считать блоки тепловыделяющей аппаратуры, размещенные в гермоконтейнере, при повышенной плотности тепловыделения (qТВ > 500 Вт/м2).
Коэффициент конвективного теплообмена при принудительной вентиляции нагретой зоны может быть определен с помощью следующих критериальных зависимостей: а) для ламинарного режима (Re < 2200)
где = - высота канала; L - длина канала теплоносителя; б) для турбулентного режима (Re > 2200)
где = 2.
При импульсном характере внутренних тепловыделений блока тепловыделяющей аппаратуры () величина перегрева - (т.е. превышение среднемассовой температуры аппаратуры над температурой циркулирующего теплоносителя) будет определяться соотношением подразд. 1.3:
.
где - длительность импульса тепловыделений; - коэффициент конвективного теплообмена в "нагретой" зоне; F - поверхность теплообмена блока тепловыделяющей аппаратуры; - постоянная времени тепловыделяющей аппаратуры; с — среднемассовая теплоемкость блока аппаратуры (с = (900 - 1000) Дж/кг·град)); m - масса блока тепловыделяющей аппаратуры.
Лабораторная работа № 3
Определение проектных параметров газовой системы
обеспечения теплового режима гермоконтейнера
космического аппарата
Основные проектные параметры газовой СОТР:
• поверхность радиационного теплообменника гермоконтейнера Fp;
• расход циркулирующего в термоконтейнере теплоносителя G.
Для разработки алгоритма определения проектных параметров необходимо предварительно определиться по двум принципиальным вопросам:
1) выбрать способ регулирования теплового режима гермоконтейнера и получить расчетное соотношение для определения проектного параметра Fp применительно к выбранному способу регулирования;
2) определить характерные для определения проектных параметров расчетные случаи.