Конференции ИВТ СО РАН

Тезисы докладов

Математическое моделироваие

В настоящее время активно разрабатываются двухфазные системы терморегулирования для перспективных космических аппаратов (КА). Одним из важнейших элементов таких систем является капиллярный насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя в контуре. От физико-геометрических параметров и теплового режима насоса зависят характеристики и эффективность работы всего контура охлаждения КА. В данной работе представлена математическая модель, позволяющая рассчитать параметры теплового режима насоса в зависимости от его геометрических параметров, характеристик пористой структуры (ПС), теплофизических свойств теплоносителя и мощности тепловой нагрузки.

Капиллярный насос представляет собой пористую цилиндрическую конструкцию, которая имеет внутренний канал для подвода жидкого теплоносителя и внешние канавки для отвода пара. Тепловой поток подводится на внешнюю поверхность насоса, в пористой структуре которого происходит нагрев теплоносителя и его испарение. При расчете параметров насоса учитывались теплообмен механизмами теплопроводности и конвекции, взаимодействие жидкого и газообразного теплоносителя с ПС и фазовые превращения.

Математическая модель сформулирована в двумерной постановке для цилиндрической системы координат. Она включает в себя два уравнения переноса для жидкой и паровой фаз и уравнение теплопроводности. Задача решалась численно, дискретный аналог получен с помощью метода контрольного объема. Вычислительный алгоритм базируется на неявной схеме, имеющей второй порядок аппроксимации по пространству и времени. Решение систем алгебраических уравнений проводилось по итерационному методу Гаусса-Зейделя с верхней релаксацией.

Представленная математическая модель позволяет рассчитывать распределения концентраций теплоносителя в жидкой и паровой фазах, поля температуры, давления и скорости в ПС капиллярного насоса. В качестве теплоносителя рассматривался аммиак. Расчеты проводились для различных значений тепловой нагрузки. При малых значениях испарение теплоносителя наблюдается на поверхности канавок, с ростом тепловой мощности зона раздела фаз перемещается вглубь ПС насоса и происходит ее частичное осушение. Осушение ПС приводит к уменьшению эффективного коэффициента теплопроводности и увеличению гидродинамического перепада давления на этом участке, что обуславливает в итоге рост температуры на поверхности насоса.

Таким образом, данная математическая модель может быть использована для исследования тепловых режимов капиллярного насоса, оптимизации его геометрических и теплофизических параметров и системы охлаждения в целом, определения предельных тепловых потоков, передаваемых системой терморегулирования от бортовой аппаратуры КА.

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии Обратная связь

[Головная страница] [Конференции]

© 1996-2000, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 1996-2000, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск