Введение к работе
Актуальность темы. Холодильники-излучатели, или радиаторы, используются в условиях космоса для регулирования и поддержания теплового режима приборных и жилых отсеков и для отвода отработанного тепла из цикла энергетических установок. Для решения второй проблемы проектируются в основном радиаторы двух типов: трубчатые холодильники-излучатели с газовьм, жидким и жидкометаллическим теплоносителем и излучатели с тепловыми трубами. Удельные массы их близки и составляют около 5-Ю кг/кВт, а мощность может достигать 1-2 МВт отводимого теплового потока. Таким образом, масса излучателей существенно влияет на общую массу космических аппаратов.
Актуальную проблему разработки излучателей с оптимальными массо-габаритными характеристиками целесообразно решать путем создания достоверных математических моделей и эффективных вычислительных программ, а не путем постановки дорогостоящих натурных экспериментов. Известные в литературе модели теплообмена в трубчатом холодильнике-излучателе обладают рядом недостатков,среди которых можно отметить следующие; приближенный расчет теплообмена излучением; предположение о равномерности теплового нагружения радиатора со стороны внешних источников излучения; оптимизация массогабаритных характеристик- без учета конструктивных особенностей аппарата в целом.
Цель работы:
разработка трехмерной математической модели теплообмена в трубчатом холодильнике-излучателе, позволяющей проводить углубленные исследования теплообмена;
создание на основе разработанной модели пакета программ, объединяющего модели разных уровней и позволяющего проводить как исследование теплообмена, так и проектирование излучателей с оптимальными массо-габаритными характеристиками;
проведение исследований механизмов теплообмена как в отдельном элементе, так и в излучателе в целом; выявление особенностей,обусловленных влиянием различных факторов: геометрии оребрения, длины каналов с'теплоносителем, неравномерности-распределения внешних источников излучения и др.;
выработка рекомендаций по применимости существующих инженерных методик расчета и их корректировке, оптимизации'шссогабаритных характеристик излучателей различных типов.
Научная новизна. Впервые разработана трехмерная математическая модель теплообмена в трубчатом холодильнике-излучателе.
В результате проведенных исследований выявлены новые особенности теплоогвода от холодильника-излучателя с учетом взаимного облучения элементов конструкции, неравномерности расположения внешних источников излучения, конечной длины оребренного элемента.
В отличие от существующих модель позволяет получить распределение температур в материале трубок и ребер для произвольного поперечного сечения оребренного элемента. Установлено, что.распределение тепловых потоков излучения и'температур по периметру трубки с теплоносителем и высоте.ребра мояет быть существенно неравномерным. |
Получены новые интересные результаты оптимизации массогабаритньс характеристик и показано, что они существенно 'зависят от определенных режимных и габаритных ограничений.
Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, проверялась путем сравнения результатов вычислительного эксперимента с известными точными аналитическими решениями, а также сравнением с численными результатами других авторов. Получено хорошее совпадение результатов.
Практическая ценность. Создан эффективный комплекс вычислительных программ, позволяющий в рамках принятых допущений -исследоват
оребреннке элементы радиатора и различные варианты компоновки излучающих панелей в широком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров. Результаты расчетов и исследований, проведенных в диссертации, использовались в Институте ядерной энергетики АН Беларуси для проектно-конструкторских разработок космических холодильников-излучателей, предназначенных для отвода тепловьтх потоков большой мощности.
Автор защищает:
трехмерную ' математическую модель стационарных процессов теплообмена в трубчатом холодильнике-излучателе.;
результаты численных исследований, проведенных по представленной модели;
- способы корректировки существующих инженерных методик расчета.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладыва
лись автором на:
Конференции молодых ученых и специалистов "Шизико-технические проблемы АЭС" в ИЯЭ АН Беларуси, Минск, 1989 г.;
Всесоюзной выставке программных комплексов по численному решению задач термомеханики в МГТУ им.Баумана, Москва, 1990;
Международной юбилейной конференции "Ядерная энергетика в космосе" в И, Обнинск, 1990 г.;
ГГ-ом Минском международном форуме тепломассообмен - ММФ-92 в АНК "Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова" АН Беларуси, Минск, 1992;
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. В первой главе сделан анализ проблемы и сформулирована задача исследования; во второй - представлена математическая модель, изложен метод решения исходной системы уравнений, обоснована достоверность полученных результатов; в третьей - исследовано влияние различных факторов на тепловой и температурный режим радиа-