Авторы

Теплообменная поверхность для подогрева кислорода в околокритическом состоянии в условиях невесомости

DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-3-29-36
УДК 621.565.9

Теплообменная поверхность для подогрева кислорода в околокритическом состоянии в условиях невесомости

Светлов Ю. В., Пранцуз О. С., Красниченко А. А.

Ссылка для цитирования: Светлов Ю.В., Пранцуз О.С., Красниченко А.А. Теплообменная поверхность для подогрева кислорода в околокритическом состоянии в условиях невесомости. // Вестник Международной академии холода. 2023. № 3. С. 29-36. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-3-29-36

Аннотация
Решена задача по определению эффективной поверхности трубчатого оребренного теплообменника, расположенного в шаровой емкости космического аппарата (КА), заполненной однофазной жидкостью – (кислородом) в околокритическом состоянии в условиях невесомости.Теплообменник-подогреватель предназначен для поддержания постоянного давления в шаровой емкости. Теплоносителем, циркулирующем в трубном пространстве теплообменника также являетсякислород. Выполнен анализ влияния внешних возмущений на процесс теплопереноса в теплообменнике-подогревателе, а также на распространение теплоты в гомогенной среде надкритического состояния в условиях невесомости в шаровой емкости. Расчет был произведен для наиболее напряженных условий первого часа работы системы. Полученная поверхность теплообмена имеет пятикратный запас по сравнению с расчетной. В дальнейшем в подобных случаях можно производить прямой расчет необходимой поверхности и находить коэффициент конвекции, имея в виду найденную геометрическую структуру оребрения.

Ключевые слова: теплообменник-подогреватель, теплоноситель, кислород в надкритическом состоянии, шаровая емкость, коэффициент случайной конвекции, число Фурье, число Нуссельта, коэффициент оребрения.

Список литературы

1. Igrickii V.A.Shaded spacecraft radiators to be used on the daytime surface of the mercury planet, the moon, and asteroids of the solar system inner part. // Aerospace Scientific Journal. 2016; 2(6):69-93.

2. Актуальные вопросы проектирования автоматических космических аппаратов для фундаментальных и прикладных научных исследований / Сост. В.В. Ефанов. Химки: НПО им. С.А. Лавочкина, 2015. 350 с.

3. Финченко В.С., Котляров Е.Ю., Иванков А.А. Системы обеспечения тепловых режимов автоматических межпланетных станций / Под ред. В.В. Ефанова, В.С. Финченко. Химки: НПО им. С.А. Лавочкина, 2018. 400 с.

4. Кокарев М.А., Дзюбенко О.Л., Чмутин Е.В., Суязов Д.С.Перспективы применения новых кислородных систем в авиации // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 4. с. 74-76.

5. Альтов В.В., Залетаев С.В., Копяткевич Р.М.Математическое моделирование тепловых режимов космического аппарата с помощью пакета программ ТЕРМ. // Космонавтика и ракетостроение. 2001. Вып. 23. с. 110-118.

6. Худяков С.А.Космические энергоустановки. М.: Знание, 1984. 64

7. Худяков С.А.Энергетические установки на основе топливных элементов для лунного орбитального аппарата и орбитального корабля "Буран". // Альтернативная энергетика и экология. 2020. (1-6). с. 122-124.

8. Jones B.G.Development for Space Use of BAe’s Improved Single-Stage Stirling Cycle Cooler for Applications in the Range 50–80 K. Cryocoolers 8, New York, 1995. р. 1-11.

9. Gebhard B.Random convection under conditions of weighlessness. // AIAA Journal. 1963. Vol. 1. no 2. р. 380-383.

10. Козлов Л.В., Нусинов М.Д., Акишин А.И. и др.Моделирование тепловых режимов космического аппарата и окружающей его среды / Под ред. Г.И. Петрова. М: Машиностроение, 1971. 382 с.

11. Ягодников Д.А., Антонов Ю.В., Новиков А.В., Стриженко П.П., Быков Н.И.Исследование процесса течения кислорода в рубашке охлаждения камеры ЖРД.// Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2014. № 6. стр. 3-19.

12. Ross R.G.Chapter 11: Aerospace Coolers: a 50-Year Quest for Long-life Cryogenic Cooling in Space, Cryogenic Engineering: Fifty Years of Progress, Ed. by K. Timmerhaus and R. Reed, Springer Publishers, New York (2007), pp. 225-284.

13. Стриженко П.П.Особенности расчета теплового состояния камеры ЖРД с беззавесным охлаждением жидким кислородом // Молодежь, техника, космос: Труды II общеросс. молодеж. науч.-техн. конф. / Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2010. С. 140-142.

14. Малков М.П., Данилов И.Б., Зельдович А.Г., Фрадков А.Б. Справочник по физико-техническим основам глубокого охлаждения. М.: Госэнергоиздат, 1963. 416 с.

15. Епифанова В.И., Аксельрод Л.С. Разделение воздуха методом глубокого охлаждения. Технология и оборудование. М.: Машиностроение, 1973. 468 с.

16. Термодинамические свойства кислорода: ГСССД. Серия монографии/Авт.: В.В. Сычев, А.А. Вассерман, А.Д. Козлов, Г.А. Спиридонов, В.А. Цымарный. М.: Издательство стандартов, 1981. 304 с.

Читать статью полностью