Экспериментальное определение толщины пленки конденсата в низкотемпературных тепловых трубах

Решетнеескцие чтения. 2015

2. Применение КТАН позволяет повысить достоверность расчетов, проводимых в обеспечение надежности за счет процедур по установлению соответствия принятых при анализах и расчетах допущений с фактическим конструкторским и технологическим исполнением объектов.

3. КТАН может рассматриваться как средство планирования на системной основе проведения тех видов расчетов, которые необходимы для обеспечения заданной надежности.

4. Использование КТАН позволяет сократить финансовые затраты на изготовление КТК из-за проектных ошибок.

5. КТАН позволяет прогнозировать и превентивно предотвращать условия возникновения возможных причин отказов на ранних стадиях разработки.

6. КТАН позволяет алгоритмизировать (формализовать) процесс конструирования и тем самым снижать трудоемкость проведения конструкторских работ.

7. КТАН может служить средством обучения молодых специалистов рациональным методам конструирования с заданными свойствами надежности.

8. КТАН позволяет выявлять конструкторские и технологические факторы ненадежности анализируемых объектов, которые невозможно обнаружить никакими другими видами анализов.

9. Применение КТАН позволяет обеспечивать заданную безотказность за счет принятия конструктор-ско-технологических решений на системной основе.

10. КТАН является эффективным средством верификации надежности, поскольку при анализах объясняются не только требования надежности к конструкциям, но и причины их появления.

Библиографические ссылки

1. Надежность механических частей конструкции летательных аппаратов / А. А. Кузнецов, А. А. Золотев, В. А. Комягин, М. И. Титов. М. : Машиностроение, 1979. 144 с.

2. Механические устройства космических аппаратов. Конструктивные решения и динамические характеристики / А. К. Шатров, Л. П. Назарова, А. В. Ма-шуков ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2006. 84 с.

3. Конструкторско-технологическое обеспечение безотказности трансформирования механических устройств одноразового срабатывания космических аппаратов : дис. ... канд. техн. наук : 05.07.02 / Ю. П. Похабов. Красноярск, 2013. 173 с.

References

1. Nadezhost' mekhanicheskikh chasteii konstruktsii letatel'nykh apparatov [Reliability of mechanical parts of the aircraft structure]. Moscow, 1979. 144 p.

2. Mekhanicheskie ustroiistva kosmicheskikh apparatov. Konstruktivnye resheniya i dinamicheskie kharakteristiki [Mechanical devices spacecraft. Constructive solutions and dynamic characteristics]. Krasnoyarsk, 2006. 84 p.

3. Pokhabov Yu.P. Konstruktorsko-tekhnologicheskoe obespechenie bezhotkazhnosti transformirovaniya mekhanicheskikh ustroiistv odnorazhovogo srabatyvaniea kosmicheskikh apparatov [Design and Technology support reliability transformation of mechanical devices disposable operation of spacecraft]. Krasnoyarsk, 2013. 173 p.

© Похабов Ю. П., 2015

УДК 681.3:536.24.08

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНКИ КОНДЕНСАТА В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБАХ

А. В. Серяков, А. А. Павлов, А. В. Орлов

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

Представлены результаты экспериментальных исследований толщины пленки жидкого конденсата в коротких низкотемпературных тепловых трубах в зависимости от тепловой нагрузки на испаритель. Результаты получены с помощью метода регистрации изменений электрической емкости АС емкостного датчика при изменении толщины слоя жидкого конденсата на его поверхности.

Ключевые слова: низкотемпературные тепловые трубы, емкостные датчики конденсации, толщина пленки конденсата.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

EXPERIMENTAL DETERMINATION OF THE FILM THICKNESS OF LIQUID CONDENSATE IN THE LOW TEMPERATURE RANGE HEAT PIPES

A. V. Seryakov, A. A. Pavlov, A. V. Orlov

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

The research provides results of experimental investigations of the film thickness of the liquid condensate in the short low-temperature heat pipes depending on the heat load on the evaporator. The results are obtained using the well known method of registration of changes in the electrical capacitance AC of the capacitive sensor when the film thickness of liquid condensate on its surface changing.

Keywords: low-temperature range heat pipes, capacitive condensation sensors, liquid film thickness.

Интенсивное развитие и применение коротких низкотемпературных тепловых труб (ТТ) с паровым каналом, выполненным в виде сопла, близкого к соплу Лаваля, ставит задачи детального изучения процессов внутреннего течения и определения толщины пленки конденсата рабочей жидкости при работе ТТ. Для решения этих задач разработаны емкостные датчики оригинальной конструкции, измерительная поверхность которых введена внутрь и совпадает с поверхностью конденсации коротких ТТ [1; 2]. Схема такой ТТ приведена на рис. 1.

(дополнительная) заполнена осушенным воздухом с температурой точки росы ниже 233,15 К (-40 °С).

Рис. 2. Схема открытого малогабаритного емкостного датчика: 1 - фланец с измерительной поверхностью; 2 - стеклянные изоляторы; 3 - измерительные электроды с измерительными торцевыми поверхностями; 4 - заземляющий электрод. Верхняя поверхность шлифована и называется измерительной поверхностью емкостного датчика

Рис. 1. Схема: 1 - верхняя крышка; 2 - цилиндрический корпус ТТ; 3 - конический турбулизатор; 4 - капиллярно-пористая вставка;

5 - нижняя крышка; 6 - инжекторные каналы; 7 - капиллярно-пористый испаритель; 8 - емкостный датчик, измеряющий толщину пленки жидкого конденсата

Оснащенная емкостным датчиком, подготовленная и заполненная диэтиловым эфиром ТТ готова к измерениям. Для проведения измерений толщины слоя жидкого конденсата применяли две идентичных ТТ с одинаковыми емкостными датчиками, основная из которых заполнена диэтиловым эфиром, а опорная

Рис. 3. Результаты калибровки емкостного датчика: 1 - «затопленный» емкостный датчик, слой калибровочной жидкости

Решетнееские 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 Е-таП: 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.