Численное моделирование пульсаций в паровом канале коротких низкотемпературных тепловых труб

Решетнеескцие чтения. 2015

После изготовления проводят калибровку датчика. При калибровке используют специально изготовленный экспериментальный стенд.

Для проведения измерений толщины слоя жидкого конденсата внутри ТТ был применен метод регистрации изменений электрической емкости ДС емкостного датчика при изменении толщины слоя жидкого конденсата на его поверхности. С применением калибровочной характеристики емкостного датчика и зависимости величины разностной частоты Д измерительного и опорного генераторов от изменения емкости датчика в ТТ с диэтиловым эфиром были проведены измерения усредненных во времени значений толщины слоя диэтилового эфира на поверхности конденсации внутри ТТ в зависимости от перегрева испарителя относительно температуры кипения диэтилового эфира. Получена резко уменьшающаяся зависимость толщины пленки жидкого конденсата, абсолютная погрешность измерений толщиныне более 3,5 10-3 мм.

Рис. 4. Зависимость толщины пленки конденсата рабочей жидкости на поверхности конденсации от величины перегрева испарителя ТТ относительно температуры кипения рабочей жидкости 5Т = Тв - Т, К, в полулогарифмической системе координат

Библиографические ссылки

1. Патент РФ на полезную модель № 152108. Емкостный датчик для определения толщины слоя жидкости / Серяков А. В. Дата подачи заявки: 02.09.2014; опубл. 27.06.2015. Бюл. № 18, 2015.

2. Seryakov A. V. Pulsation flow in the vapour channel of short low temperature range heat pipes // International Journal on Heat and Mass Transfer. Theory and Application. 2014. Vol. 2, № 2. P. 40-49.

3. Алексеенко С. В., Накоряков В. Е., Покусаев Б. Г. Волновое течение пленок жидкости. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1992. 255 с.

4. Кротов С. В., Назаров А. Д., Павленко А. Н., Печеркин Н. И., Серов А. Ф., Чехович В. Ю. Емкостный измеритель локальной толщины пленки жидкости // Приборы и техника эксперимента. 1997. № 1. С. 149-152.

5. Ozgu M. R., Chen J. C., Eberhardt N. A capacitance method for measurement of film thickness in two-phase flow // Review of Scientific Instruments. 1973. Vol. 44, № 12. P. 1714-1716.

References

1. Seryakov A. V. Capacitive sensors for determining the layer thickness of the liquid. Patent RF № 152108. Bull. № 18. 2015.

2. Seryakov A. V. Pulsation flow in the vapour channel of short low temperature range heat pipes // International Journal on Heat and Mass Transfer. Theory and Application. 2014, v. 2, N 2, pp. 40-49.

3. Alekseenko S. V., Nakoryakov V. E., Pokusaev B. G. Wave flow of liquid films. Novosibirsk: Siberian publishing firm All-Russian Inc. "Nauka". 1992. 256 p.

4. Krotov S. V., Nazarov A. D., Pavlenko A. N., Pecherkin N. I., Serov A. F., Chexovich V. Y. Emkostnyi izmeritel lokalnoy itolshiny plenki zhidkosti // Pribory i technika experimenta. 1997. № 1. Pp. 149-152.

5. Ozgu M. R., Chen J. C., Eberhardt N. A capacitance method for measurement of film thickness in two-phase flow // Review of Scientific Instruments. 1973. v. 44. No. 12. Pp. 1714-1716.

© Серяков А. В., Павлов А. А., Орлов А. В., 2015

УДК 681.3:536.24.08

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ В ПАРОВОМ КАНАЛЕ КОРОТКИХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ

А. В. Серяков, А. В. Конькин

ОАО «Специальное конструкторское технологическое бюро по релейной технике» Российская Федерация,173000, г. Великий Новгород, ул. Нехинская, 55 E-mail: seryakovav@yandex.ru

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.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

NUMERICAL SIMULATION OF PULSATIONS IN VAPOUR CHANNEL OF SHORT LOW-TEMPERATURE RANGE HEAT PIPES

A. V. Seryakov, A. V. Konkin

JSC «Special Relay System Design and Engineering Bureau» 55, Nekhinskaya Str., Velikiy Novgorod, 173000, Russian Federation E-mail: seryakovav@yandex.ru

The research presents 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 confirm the experimentally obtained increase of the frequency of pulsations 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.

Интенсивное развитие и применение коротких низкотемпературных ТТ с повышенными значениями коэффициента теплопередачи ставит задачи детального изучения процессов внутреннего течения и конденсации 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 стандартным цилиндрическим паровым каналом при равных габаритных размерах [1-4].

Рис. 1. Осциллограммы нарастания частоты модуляции в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель ТТ. Начальные пульсации давления возникают в ТТ с паровым каналом в виде сопла, близкого к соплу Лаваля, при перегреве испарителя 5Т ~ 9К, частота пульсаций (частота модуляции электромагнитных импульсов)/1 ~386 Гц, нижняя осциллограмма; 5Т ~ 20К,/1 ~ 502Н^, верхняя осциллограмма

Возникновение пульсаций скорости и давления при течении влажного пара внутри парового канала в коротких ТТ представляет собой сложное явление, связанное с возникновением кипения в капиллярно-пористом испарителе и прерывистым распространением пара над ним. Исследование пульсаций подробно описано в [4]. Настоящая статья сопоставляет результаты численного моделирования течения влажного пара в паровом канале, близком к соплу Лаваля,

в коротких ТТ с экспериментальными результатами определения частоты пульсаций. Специально разработанные короткие ТТ с паровым каналом, близким к соплу Лаваля, и предназначенные для измерения частоты пульсаций, показаны более подробно в предыдущем докладе. Вместе со сложными были изготовлены более простые ТТ также с капиллярной вставкой и испарителем и со стандартным цилиндрическим паровым каналом, при равных габаритных размерах.

Рис. 2. Экспериментальные значений частоты модуляции в зависимости от перегрева 5Т = Т - Тв испарителя относительно температуры кипения диэтилового эфира

308,55 К (35,4 °С): 1 - ТТ с паровым каналом в виде сопла, близкого к соплу Лаваля; 2 - ТТ со стандартным цилиндрическим паровым каналом, при равенстве внешнего диаметра ТТ и площади сечения капиллярно-пористых вставок. Хорошо видно возрастание частоты пульсаций при возрастании перегрева 8Т, К

Пульсационные характеристики коротких ТТ (рис. 1) измеряли следующим образом. Перегрев испарителя ТТ относительно температуры кипения принятого в качестве рабочей жидкости диэтилового эфира 5Т = Т - Тв увеличивали дискретными шагами на величину 1 К. На электроды емкостных датчиков подавали электрические импульсы внешнего генератора с частотой следования 10^100 кГц и амплитудой 5 В. Начиная с некоторого перегрева 5Т испарителя ТТ электрические импульсы оказываются модулированными. Измерение частоты модуляции импульсов про-

Решетнееские чтения. 2015

водили через схему усиления и фильтрации, цифровой осциллограф и компьютер. Погрешность измерения частоты модуляции не превышает 5 Гц (рис. 2, 3).

Представлены результаты численного моделирования скорости течения сжимаемой паровой среды внутри парового канала в виде сопла, близкого к соплу Лаваля. Численное моделирование было проведено методом конечных элементов с помощью программы ANS YS в 2D-варианте и осесимметричных условиях.

О 10 20 30 Ь0 5С 6П 70 80 90 100

тт

Рис. 3. Пять этапов расчета скорости течения влажного пара, сверху вниз

Явное возникновение пульсаций в паровом канале, частота пульсаций увеличивается, что согласуется с экспериментальными результатами [4-5]. Модулирование толщины жидкостной пленки на поверхности конденсации и позволяет определить частоту пульсаций внутри парового канала коротких ТТ. Кроме того, вблизи поверхности конденсации на верхней крышке ТТ образуется приповерхностный вихрь влажного пара. Взаимодействие пульсаций скорости (и давления) влажного пара и приповерхностного вихря и определяет повышенную интенсивность конденсации в коротких ТТ с паровым каналом, близким к соплу Лаваля, и повышенный коэффициент теплопередачи по сравнению с ТТ со стандартным цилиндрическим паровым каналом.

Библиографические ссылки

1. Seryakov A. V. Velocity measurements in the vapour channel of low temperature range heat pipes // International Journal of Engineering Research & Technology. 2013. Vol. 2, № 8. P. 1595-1603.

2. Seryakov A. V., Konkin A. V., Belousov V. K. The intensification of heat-transfer characteristic of heat pipes // Proceedings of the VIII Minsk International Seminar of Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources. Minsk, 12-15 September 2011. Vol. 2. P. 59-65.

3. Seryakov A. V., Konkin A. V., Belousov V. K. Application of jet vapour nozzle in heat pipes of medium temperature range // Vestnik SibSAU. 2012. Iss. 1(41), P. 142-147.

4. Seryakov A. V. Pulsation flow in the vapour channel of short low temperature range heat pipes // International Journal on Heat and Mass Transfer. Theory and Application. 2014. Vol. 2, N 2. P. 40-49.

5. Варгафтик Н. В. Справочник по теплофизиче-ским свойствам газов и жидкостей. М. : Физмалит, 1963. 708 с.

References

1. Seryakov A. V. Velocity measurements in the vapour channel of low temperature range heat pipes// International Journal of Engineering Research & Technology. 2013, v. 2, № 8, pp. 1595-1603.

2. Seryakov A. V., Konkin A. V., Belousov V. K. The intensification of heat-transfer characteristic of heat pipes // Proceedings of the VIII Minsk International Seminar of Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources. Minsk, Belarus, 12-15 September 2011. v. 2. p. 59-65.

3. Seryakov A. V., Konkin A. V., Belousov V. K. Application of jet vapour nozzle in heat pipes of medium temperature range // Vestnik SibSAU, 2012. Issue. 1(41), pp. 142-147.

4. Seryakov A. V. Pulsation flow in the vapour channel of short low temperature range heat pipes // International Journal on Heat and Mass Transfer. Theory and Application, 2014, v. 2, N 2, pp. 40-49.

5. Vargaftic N. B. Spravochnick po teplophizicheskim svoistvam gasov i zhidkostey. M. : PhMliteratura. 1963. 708 p.

© Серяков А. В., Конькин А. В., 2015

УДК 629

УНИВЕРСАЛЬНОЕ ТЯГОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМЕРА, ПРОВЕРКИ ТЯГИ БЛОКОВ КОРРЕКЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Д. О. Сиротинин, Д. В. Егоров, А. Н. Коркин, Е. В. Власов

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: bondaren@iss-reshetnev.ru

Представлено универсальное тягоизмерительное устройство, конструкция которого обеспечит повышенную точность измерений и сократит время проведения огневых испытаний блоков коррекции космических аппаратов.

Ключевые слова: блок коррекции, тягоизмерительное устройство, конструкция, способ замера, калибровка.