Влияние неконденсирующегося газа на диапазон регулирования тепловых труб переменной проводимости
Аннотация
Одна из важных задач при разработке и изготовлении тепловых труб (ТТ) — определение их тепловых параметров с учетом заданной геометрии и массы теплоносителя. Она усложняется, когда в тепловой трубе, помимо теплоносителя, появляется составляющая в виде неконденсирующегося газа (НГ), принудительно введенного для регулирования. Это требует создания модели процессов переноса для конструкций газорегулируемых тепловых труб (ГРТТ) на базе широко распространенных аксиальных тепловых труб (АТТ), где корпус и капиллярная структура изготавливаются методом экструзии как одно целое, и ее верификации с разработанными конструкциями.
Рассмотрены варианты моделирования работы ТТ с аксиальными канавками при различных массах неконденсирующегося газа с учетом теплопроводности и диффузии. Данный подход позволил не только оценить адекватность двумерной модели тепломассообмена в парогазовом фронте для конкретной конструкции ГРТТ, но и возможность использования одной и той же геометрии ГРТТ при различных массах НГ для повышения точности регулирования.
Расчет приведен для ГРТТ с аксиальными канавками, в которой объем резервуара, длина зоны испарения и конденсации заведомо определены.
Описана методика испытаний аксиальной тепловой трубы, заправленной теплоносителем и неконденсирующимся газом. Получены результаты по распределению температурных полей при режимах работы ГРТТ для случаев с минимальной (10 Вт) и максимальной (100 Вт) тепловыми нагрузками при различных температурах зоны конденсации. Сопоставлены результаты испытаний и расчетные данные, доказана их высокая сходимость.
Несмотря на то, что корректность методики была подтверждена, результат испытаний в части требований к верхней температуре регулирования является отрицательным. Требуемый диапазон составляет 15 °C вместо 32 °C фактических. Из этого сделан вывод, что геометрия анализируемой трубы при данных внешний условиях не может обеспечить диапазон регулирования от 15 до 30 °C. На основании этого предложены варианты увеличения объема резервуара без существенного изменения конструкции ГРТТ и ее внешних размеров.
Продемонстрировано, что конструкция ГРТТ с аксиальными канавками и резервуаром в виде продленного корпуса не обеспечивает диапазон регулирования более 25 °С даже при 10-кратном увеличении объема НГ в связи с влиянием паров теплоносителя, попадающих в резервуар, на температуру НГ. Предложены способы повышения точности регулирования.
Литература
2. Галактионов В.В., Труханова Л.П. Исследование процесса тепло- и массопереноса в области парогазового фронта газорегулируемой тепловой трубы // Инженерно-физический журнал. 1985. Т. 48. № 3. С. 409—414.
3. Галактионов В.В., Парфентьева А.А., Портнов В.Д., Сасин В.Я. Исследование границ парогазового фронта в конденсаторе плоской газорегулируемой тепловой трубы // Инженерно-физический журнал. 1982. Т. 42. № 3. С. 387—391.
4. Гончаров К.А., Панин Ю.В., Коржов К.Н., Гуткин А.Р. Тепловая труба переменной проводимостью для малых КА // Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources: Труды Х Междунар. семинара. Минск, 2018.
5. William G. e. a. Walker Pressure Controlled HP Application // Proc. XVI Intern. Heat Pipe Conf. Lyon, 2012.
6. Faghri A. Heat Pipe Science and Technology. Washington: Taylor &Francis, 1995.
7. Гогишвили Г.Б. Моделирование тепловых процессов замкнутых испарительно-конденсационных устройств: автореф. дис …. канд. техн. наук. Тбилиси: Грузинский техн. ун-т, 1991.
8. Гончаров К.А., Кочетков А.Ю., Панин Ю.В., Антонов В.А., Кайя Т. Анализ циркуляции теплоносителя в артериальной тепловой трубе // Вестник «НПО им. С.А. Лавочкина» 2013. № 2(18). С. 20—25.
9. Чи С. Тепловые трубы. Теория и практика. М.: Машиностроение, 1981.
10. Панин Ю.В., Гончаров К.А., Коржов К.Н. Разработка аксиальной тепловой трубы переменной проводимости для СОТР КА // Материалы VI Росс. национ. конф. по теплообмену. М.: Издат. дом МЭИ, 2014. С. 855—858.
11. Peters C.J., Hartenstine J. R., Tarau C., Anderson W.G. Variable Conductance Heat Pipe for a Lunar Variable Thermal Link // Proc. 41 ICES. Portland, 2011. P. 5120.
12. Ellis M., Anderson W. Variable Conductance Heat Pipe after Extended Periods of Freezing // Proc. Space Propulsion & Energy Sci. Intern. Forum. N-Y., 2009.
---
Для цитирования: Савченкова Н.М., Панин Ю.В., Кузнецов И.О., Гончаров К.А., Холяков А.Е. Влияние неконденсирующегося газа на диапазон регулирования тепловых труб переменной проводимости // Вестник МЭИ. 2022. № 1. С. 51—57. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-1-51-57.
#
1. Saad S.M.I., Ching C.Y., Ewing D. The Transient Response of Wicked Heat Pipes with Non-condensable Gas. Appl. Thermal Eng. 2012;37:403—411.
2. Galaktionov V.V., Trukhanova L.P. Issledovanie Protsessa Teplo- i Massoperenosa v Oblasti Parogazovogo Fronta Gazoreguliruemoy Teplovoy Truby. Inzhenerno-fizicheskiy Zhurnal. 1985;48;3:409—414. (in Russian).
3. Galaktionov V.V., Parfent'eva A.A., Portnov V.D., Sasin V.Ya. Issledovanie Granits Parogazovogo Fronta v Kondensatore Ploskoy Gazoreguliruemoy Teplovoy Truby. Inzhenerno-fizicheskiy Zhurnal. 1982;42;3:387—391. (in Russian).
4. Goncharov K.A., Panin Yu.V., Korzhov K.N., Gutkin A.R. Teplovaya truba Peremennoy Provodimost'yu dlya Malykh KA. Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources: Trudy X Mezhdunar. Seminara. Minsk, 2018. (in Russian).
5. William G. e. a. Walker Pressure Controlled HP Application. Proc. XVI Intern. Heat Pipe Conf. Lyon, 2012.
6. Faghri A. Heat Pipe Science and Technology. Washington: Taylor &Francis, 1995.
7. Gogishvili G.B. Modelirovanie Teplovykh Protsessov Zamknutykh Isparitel'no-kondensatsionnykh Ustroystv: Avtoref. Dis …. Kand. Tekhn. Nauk. Tbilisi: Gruzinskiy Tekhn. Un-t, 1991. (in Russian).
8. Goncharov K.A., Kochetkov A.Yu., Panin Yu.V., Antonov V.A., Kayya T. Analiz Tsirkulyatsii Teplonositelya v Arterial'noy Teplovoy Trube. Vestnik «NPO im. S.A. Lavochkina» 2013;2(18):20—25. (in Russian).
9. Chi S. Teplovye Truby. Teoriya i Praktika. M.: Mashinostroenie, 1981. (in Russian).
10. Panin Yu.V., Goncharov K.A., Korzhov K.N. Razrabotka Aksial'noy Teplovoy Truby Peremennoy Provodimosti dlya SOTR KA. Materialy VI Ross. Natsion. Konf. po Teploobmenu. M.: Izdat. Dom MEI, 2014:855—858. (in Russian).
11. Peters C.J., Hartenstine J. R., Tarau C., Anderson W.G. Variable Conductance Heat Pipe for a Lunar Variable Thermal Link. Proc. 41 ICES. Portland, 2011:5120.
12. Ellis M., Anderson W. Variable Conductance Heat Pipe after Extended Periods of Freezing. Proc. Space Propulsion & Energy Sci. Intern. Forum. N-Y., 2009.
---
For citation: Savchenkova N.M., Panin Yu.V., Kuznetsov I.O., Goncharov K.A., Kholyakov A.E. The Influence of Non-Condensable Gas on the Control Range of Variable-Conductivity Heat Pipes. Bulletin of MPEI. 2022;1:51—57. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-1-51-57.
