Лабораторная работа № 2 Моделирование внутреннего теплового режима термоконтейнера
Моделирование внутреннего теплового режима производится в соответствии со схемой его обеспечения (см. рис. 1.3) и предполагает определение следующих характерных параметров:
• расхода циркулирующего в термоконтейнере газового те¬плоносителя;
• коэффициента теплоотдачи в канале радиационного теплообменника;
• коэффициента теплоотдачи и величины перегрева в нагретой зоне термоконтейнера.
Определение расхода циркулирующего в гермоконтейнере теплоносителя
Требуемая
величина массового расхода теплоносителя
G в гермоконтейнере определяется из
условия обеспечения заданного диапазона
изменения температуры газа (
)
для одного из расчетных стационарных
режимов.
Расчетный
режим по внутренним тепловыделениям
характеризуется определенным уровнем
внутренних тепловыделений аппаратуры
в соответствии с заданной циклограммой
(см. рис. 2.1).
Таким образом,
где
- отношение мощности полезного сигнала
к потребляемой мощности (КПД аппаратуры);
- удельная теплоемкость газового
теплоносителя термоконтейнера.
Если для обеспечения теплового режима термоконтейнера используется схема с постоянным расходом циркулирующего теплоносителя в гермоконтейнере, то в качестве расчетного режима обычно принимается режим максимальных энергопотреблений (Nmax). Тогда
Теплообмен в канале радиационного теплообменника
С
целью интенсификации процесса теплообмена
в щелевом канале РТО (в зазоре 
между обечайкой гермоконтейнера и
внутренним кожухом) необходимо обеспечить
турбулентный режим теплообмена с
использованием следующих критериальных
зависимостей для Nu (критерия Нуссельта),
приведенных в подразд. 1.4.
а)
при длине канала lк
lн
, где lн
=40Δh
- длина начального термического участка
канала,
;
б) при длине канала lк > lн
;
;
Коэффициент теплоотдачи в канале радиационного теплообменника α определяется по найденной величине критерия Nu:
где
- коэффициент теплопроводности газового
теплоносителя; 
- некоторый характерный геометрический
параметр. Для плоских каналов 
=2Δh.
Из условия обеспечения турбулентного режима теплообмена в канале РТО (Re >2200) определяется необходимая площадь «живого» сечения канала радиационного теплообменника:
где
Полная площадь сечения кольцевого канала РТО
Выбором
параметра 
должно быть обеспечено условие 
.
При этом коэффициент перекрытия сечения
канала Ks
= 1 - 
не должен быть более 0,5.
Конвективный теплообмен в нагретой зоне гермоконтейнера
Нагретой зоной гермоконтейнера принято считать блоки тепловыделяющей аппаратуры, размещенные в гермоконтейнере, при повышенной плотности тепловыделения (qТВ > 500 Вт/м2).
Коэффициент конвективного теплообмена при принудительной вентиляции нагретой зоны может быть определен с помощью следующих критериальных зависимостей: а) для ламинарного режима (Re < 2200)
где
= 
- высота канала; L - длина канала
теплоносителя; б) для турбулентного
режима (Re > 2200)
где
= 2
.
При
импульсном характере внутренних
тепловыделений блока тепловыделяющей
аппаратуры (
)
величина перегрева 
- (т.е. превышение среднемассовой
температуры аппаратуры над температурой
циркулирующего теплоносителя) будет
определяться соотношением подразд.
1.3:
.
где
- длительность импульса тепловыделений;
- коэффициент конвективного теплообмена
в "нагретой" зоне; F - поверхность
теплообмена блока тепловыделяющей
аппаратуры; 
-
постоянная времени тепловыделяющей
аппаратуры; с — среднемассовая
теплоемкость блока аппаратуры (с = (900 -
1000) Дж/кг·град)); m - масса блока
тепловыделяющей аппаратуры.
Лабораторная работа № 3
Определение проектных параметров газовой системы
обеспечения теплового режима гермоконтейнера
космического аппарата
Основные проектные параметры газовой СОТР:
• поверхность радиационного теплообменника гермоконтейнера Fp;
• расход циркулирующего в термоконтейнере теплоносителя G.
Для разработки алгоритма определения проектных параметров необходимо предварительно определиться по двум принципиальным вопросам:
1) выбрать способ регулирования теплового режима гермоконтейнера и получить расчетное соотношение для определения проектного параметра Fp применительно к выбранному способу регулирования;
2) определить характерные для определения проектных параметров расчетные случаи.