CC BY
115<Тешетневс^ие чтения. 2016
Испытания ПТТ-КТТ системы выявили особенности запуска с низких тепловых нагрузок порядка 20 Вт. При ориентациях 0° (горизонтальная) и +90° (вертикальная, нагрев сверху) запуск происходил не сразу, а после разогрева ПТТ и испарителя КТТ до ~35 °С. При этих условиях термическое сопротивление системы было повышенным и составляло 1,0-1,2 °С/Вт. Данные по термическому сопротивлению системы приведены на рис. 2. С увеличением тепловой нагрузки до 50 Вт термическое сопротивление системы резко снижалось, что свидетельствовало об успешном запуске обеих тепловых труб. Видно также, что в диапазоне тепловых нагрузок от 50 до 170 Вт термическое сопротивление системы находилось на уровне 0,25±0,05 °С/Вт независимо от ориентации.
•
а ф= +90°(нагреа сверху)
• 0° (горнонт)
А ♦ ф= 90° {нагрей снизу)
1 V 4 X ** ♦ ♦ ♦ ♦
0 50 100 150 200 250 300
Т«плонал пируэта, Цт
Рис. 2. Зависимость термического сопротивления ПТТ-КТТ системы от тепловой нагрузки при различных ориентациях
Заключение. Показана принципиальная возможность создания комбинированных теплопередающих систем на базе ПТТ и КТТ, обладающих хорошими теплотранспортными характеристиками и отвечающих широкому кругу задач теплового регулирования.
Библиографические ссылки
1. Akachi H. Structure of a Heat Pipe. United States Patent, 1990. No. 4921041.
2. Khandekar S., Groll M., Charoensawan P. et. al. Closed and open pulsating heat pipes // Proc. of the 13th Int. Heat Pipe Conf., Shanghai, China, September 21-25. 2004. P. 36-48.
3. Yang H., Khandekar S., Groll M. Operational limit of closed loop pulsating heat pipes, Appl. Therm. Eng., 2008. Vol. 28. P. 49-59.
4. Akachi H., Polasek F., Stulc P., Pulsating Heat Pipes, Proc. 5th Int. Heat Pipe Symp., Melbourne, Australia. 1996. P. 208-217.
5. Maydanik Y. F., Dmitrin V. I., Pastukhov V. G. Compact cooler for electronics on the basis of a pulsating heat pipe, Appl. Therm. Eng., 2009. Vol. 29. P. 3511-3517.
6. Maydanik Yu. Loop heat pipes, Appl. Therm. Eng. 2005. Vol. 25. P. 635-657.
7. Maydanik Yu. F., Fershtater Yu. G., Pastu-khov V. G. et al., Thermoregulation of Loops with Capillary Pumping for Space Use, SAE Technical Paper Series. 1992. No 921169.
8. Пат. 2120593 Российская Федерация, МПК7 F28D15/04. Теплопередающее устройство / Майда-ник Ю. Ф., Гончаров К. А. ; заявл. 10.08.1996 ; опубл. 20.10.1998.
References
1. Akachi H. Structure of a Heat Pipe, United States Patent. 1990. No. 4921041.
2. Khandekar S., Groll M.,Charoensawan P. et. al., Closed and open pulsating heat pipes, Proc. of the 13th Int. Heat Pipe Conf., Shanghai, China, September 21-25.
2004. P. 36-48.
3. Yang H., Khandekar S., Groll M. Operational limit of closed loop pulsating heat pipes, Appl. Therm. Eng. 2008. Vol. 28. P. 49-59.
4. Akachi H., Polasek F., Stulc P. Pulsating Heat Pipes, Proc. 5th Int. Heat Pipe Symp., Melbourne, Australia. 1996. P. 208-217.
5. Maydanik Y. F., Dmitrin V. I., Pastukhov V. G. Compact cooler for electronics on the basis of a pulsating heat pipe, Appl. Therm. Eng. 2009. Vol. 29. P. 3511-3517.
6. Maydanik Yu. Loop heat pipes, Appl. Therm. Eng.
2005. Vol. 25. P. 635-657.
7. Maydanik Yu. F., Fershtater Yu. G., Pastu-khov V. G. et al. Thermoregulation of Loops with Capillary Pumping for Space Use, SAE Technical Paper Series. 1992. No 921169.
8. Maydanik Y. F., Goncharov K. A. Heat transfer device, Patent RF, 1998, No. 2120593.
© Пастухов В. Г., Майданик Ю. Ф., 2016
УДК 536.248
МЕТОДИКА И ПРОГРАММА РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК АКСИАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ
Н. М. Савченкова
Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» Российская Федерация, 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14 E-mail: [email protected]
Моделирование и расчет характеристик аксиальных тепловых труб является важной научно-технической задачей при проектировании систем охлаждения, термостабилизации и терморегулирования аппаратуры авиационной и ракетно-космической техники.
Ключевые слова: тепловая труба, аксиальные канавки, тепломассообмен.
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
METHODOLOGY AND PROGRAM FOR CALCULATING AXIAL HEAT PIPE CHARACTERISTICS
N.M. Savchenkova
National Research University "Moscow Power Engineering Institute" 14, Krasnokazarmennaya Str., Moscow, 111250, Russian Federation E-mail: [email protected]
Simulation and calculation characteristics of axial heat pipes are important scientific and technical tasks in the design of cooling, thermal stabilization and thermal control systems of equipment for aviation and space technology.
Keywords: heat pipe, axial groove, heat and mass transfer.
Введение. Тепловые трубы различных конструкций широко применяются в авиационной и ракетно-космической технике для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, термостабилизации и терморегулирования объектов, создания заданных климатических условий. Проектирование этих устройств является сложной физико-математической задачей. Учет особенностей функционирования тепловых труб в определенных условиях под влиянием различных факторов позволит уточнить их параметры и снизить затраты на проектирование и изготовление.
Теоретический анализ процессов тепло- и мас-сопереноса, происходящих в тепловой трубе, имеет своей конечной целью определение основных параметров, необходимых для теплового расчета трубы [1; 2]. К ним относятся температура и давление пара рабочей жидкости, температура корпуса в различных зонах, геометрические размеры трубы и фитиля, максимальная нагрузка испарителя и т. д.
Режим работы тепловой трубы может быть определен исходя из заданных граничных условий (температуры или тепловых потоков в зонах испарителя и конденсатора) в зависимости от величины поверхностей теплообмена и вида рабочей жидкости. Конечный результат этого определения является довольно условным, так как он характеризуется параметрами реальной системы, такими как расстояние, на которое передается тепло, форма и размеры охлаждаемого объекта, интервал изменения подводимой энергии, каждый из которых может варьироваться в некоторых пределах.
Анализ процессов, происходящих в тепловой трубе, кроме общего описания должен включать в себя рассмотрение различных факторов, ограничивающих интенсивность тепло- и массопереноса в различных зонах трубы [3-6]. Такими ограничивающими факторами обычно являются: суммарные максимально допустимые потери давления по жидкости и пару, максимальные локальные плотности тепловых потоков в испарителе и конденсаторе и др. перечисленные ограничения носят независимый характер, поэтому необходимо рассматривать каждое из них для выявления преобладающего.
В испарителе могут наблюдаться процессы испарения или кипения рабочей жидкости. Движение жидкости при кипении является квазистационарным, одномерным и может быть описано теми же уравнениями, что и для испарительного режима, но с учетом особенностей, связанных с наличием двухфазного потока в испарителе тепловой трубы.
Результаты анализа экспериментальных данных показали, что в аксиальных тепловых трубах наблюдается ряд специфических явлений, не характерных для тепловых труб других типов. Это требует создания специальных моделей, поскольку эти явления не могут быть учтены при использовании инженерных методик расчета.
В связи с этим необходима разработка научных методик и специального программного обеспечения по расчету тепловых и гидравлических характеристик аксиальных тепловых труб (АТТ). Программа для расчета характеристик тепловых труб с аксиальными канавками в целом и в отдельных узлах для известных профилей АТТ, применяемых на НПО им. С. А. Лавочкина, позволит производить расчеты:
- массы заправки теплоносителя аксиальной тепловой трубы;
- для конкретных рабочих тел с предопределенными теплофизическими характеристиками;
- для заданной массы теплоносителя и переменной тепловой нагрузки;
- для переменной гравитации;
- с учетом влияния гравитации на результаты наземных испытаний;
- термического сопротивления на участках испарения, конденсации и в транспортной зоне;
- зависимости теплопередающей способности АТТ от рабочей температуры;
- с учетом неравномерного по периметру подвода теплоты;
- с учетом влияния неконденсирующихся газов на характеристики АТТ;
- с учетом ограничений по тепловым, гидравлическим и другим характеристикам для аксиальной тепловой трубы.
В настоящий момент в научных кругах продолжаются работы по математическому моделированию физических явлений, которые проводятся в тесном взаимодействии с экспериментальными исследованиями.
Библиографические ссылки
1. Чи С. Тепловые трубы: Теория и практика. М. : Машиностроение, 1981. 207 с.
2. Дан П. Д., Рей Д. А. Тепловые трубы : пер. с англ. М. : Энергия, 1979. 272 с.
3. Безродный М. К., Пиоро И. Л., Костюк Т. О. Процессы переноса в двухфазных термосифонных системах. Киев : Факт, 2003. 480 с.
Решетневские чтения. 2016
4. Воронин В. Г., Ревякин А. В., Тарасов А. В., Сасин В. Я. Низкотемпературные тепловые трубы для летательных аппаратов. М. : Машиностроение. 1976. 200 р.
5. Buz V. N., Smirnov H. F. The film-wise condensation on the finned surfaces and with artificial suction in space conditions. The general analysis, modeling, research // The physics of heat transfer in boiling and condensation / Proc. of the International Symposium. Moscow, Russia. May 21-24. 1997. P. 545-549.
6. Vasily Buz, Konstantin Goncharov, Henry Smirnov. The surface tension forces influence on the film-wise condensation intensity // 9th Minsk International Seminar "Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources", Belarus, September 07-10. 2015.
References
1. Chi S. W. "Heat Pipe Theory and Practice", Hemisphere Publ. Corp., McGraw Hill Bok Co. New York, 1976.
2. Dunn P. D., Reay D. A. Heat Pipes : Pergamon Press, 1st Ed. 1976.
3. Bezrodnyi M. K., Pioro I. L., Kostyuk T. S. Transport processes in two-phase thermosyphon systems. K. : Fact, 2003. 480 p.
4. Voronin V. G., Revyakin A. V., Tarasov A. V., Sasin V. Ya. Low-temperature heat pipes for aircraft. M. : Mechanical engineering. 1976. 200 p.
5. Buz V. N., Smirnov H. F. The film-wise condensation on the finned surfaces and with artificial suction in space conditions. The general analysis, modeling, research // The physics of heat transfer in boiling and condensation / Proc. of the International Symposium. Moscow, Russia. May 21-24. 1997. P. 545-549.
6. Vasily Buz, Konstantin Goncharov, Henry Smirnov. The surface tension forces influence on the film-wise condensation intensity // 9th Minsk International Seminar "Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources", Belarus, September 07-10. 2015.
© CaBHeHKOBa H. M., 2016
УДК 681.3:536.24.08
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ В ПАРОВОМ КАНАЛЕ КОРОТКИХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ
А. В. Серяков, А. В. Конькин
ООО «РУДЕТРАНССЕРВИС» Российская Федерация, 173000, г. Великий Новгород, ул. Нехинская, 55
E-mail: [email protected]
Представлены результаты численного моделирования пульсаций в паровом канале, выполненном в виде сопла, близкого к соплу Лаваля, коротких низкотемпературных тепловых труб (ТТ). Результаты численного анализа подтверждают экспериментально полученное увеличение частоты пульсаций в паровом канале коротких ТТ при увеличении перегрева капиллярно-пористого испарителя относительно температуры кипения рабочей жидкости.
Ключевые слова: численное моделирование, сопло Лаваля, пульсации в паровом канале ТТ.
NUMERICAL SIMULATION OF PULSATIONS IN VAPOUR CHANNEL OF SHORT LOW-TEMPERATURE RANGE HEAT PIPES
A. V. Seryakov, A. V. Konkin
LLC «RUDETRANSSERVICE» 55, Nekhinskaya Street, Velikiy Novgorod, 173000, Russian Federation
E-mail: [email protected]
The authors present results of the numerical simulation ofpulsations in the vapour channel, close to Laval nozzle, of short low-temperature range heat pipes (HP). The numerical results prove the experimentally obtained increase in the frequency ofpulsations in the vapour channel of short HP with increasing overheat of the porous evaporator relative to the boiling point of the working fluid.
Keywords: Numerical simulation, Laval nozzle, pulsations in the vapour channel of HP (heat pipes).
Интенсивное развитие и применение коротких низкотемпературных ТТ с повышенными значениями коэффициента теплопередачи ставит задачи детального изучения процессов внутреннего течения и конден-саци в паровом канале. Выполнение парового канала
в виде сопла, близкого к соплу Лаваля, и окруженного слоем капиллярно-пористой вставки вдоль всей длины короткой ТТ, приводит к увеличению скорости, частоты пульсаций течения влажного пара и коэффициента теплопередачи в сравнении с ТТ со стандарт-
