Система обеспечения теплового режима космического аппарата. Расчет характеристик систем обеспечения теплового режима космических аппаратов, страница 18

Масса энергоустановки, обеспечивающей работу СТР, пропорциональна суммарной электрической мощности, потребляемой СТР:

                                                                       (3.55)

где -удельная масса энергоустановки (=10…15 кг/кВт).

Подставляя (3.50)…(3.55) в выражение (3.49), получим окончательную формулу для определения массы СТР:

.                      (3.56)

Изложенная методика расчета характеристик СТР может использоваться при оптимизации СТР. Для решения этой задачи в качестве критерия качества принимается требование минимизации массы СТР . Независимыми параметрами при расчете характеристик СТР являются: температура газа на выходе из ГЖТ , температура теплоносителя на входе в ГЖТ , температура теплоносителя на выходе из ГЖТ , коэффициент поглощения солнечного излучения поверхностью радиатора  и степень черноты поверхности радиатора . Таким образом, задача оптимизации характеристик СТР заключается в выборе такого сочетания значений указанных параметров, которые обеспечивают минимальную массу СТР . Решение задачи обоснования характеристик СТР в такой постановке наиболее целесообразно осуществлять на основе современных методов математического программирования.

3.3. КОНСТРУКЦИЯ И ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ ТРУБ

Тепловые трубы являются высокоэффективными теплопередающими устройствами, способными достаточно оперативно (с малой инерционностью) транспортировать на необходимые расстояния большие количества теплоты. Эффективная теплопроводность тепловых труб на несколько порядков выше теплопроводности металлического стержня теплопровода, поскольку в основе их работы используются более интенсивные процессы теплопередачи: процессы испарения и конденсации рабочего тела, а перекачка жидкости осуществляется за счет капиллярных сил. Использование капиллярных сил позволяет широко применять тепловые трубы в космической технике.

С помощью тепловых труб можно создавать условия для трансформирования тепловых потоков, например высокую плотность теплового потока в зоне теплопровода можно реализовать при низкой плотности теплового потока на участке теплоотвода. Степень трансформации тепловых потоков может достигать больших значений.

Использование газонаполненных тепловых труб позволяет осуществлять принудительное регулирование их термического сопротивления за счет изменения поверхности зоны теплоотвода.

Тепловые трубы могут использоваться в широком диапазоне температур, начиная от температур ядерных реакторов (2600-3000 К) и кончая температурами криогенных устройств (1-4 К). При этом подбираются теплоносители, теплофизические свойства которых оптимальны для выбранного диапазона температур. Область температур, в которой данный теплоноситель является оптимальным, на практике составляет 100-300 градусов, поэтому выбор теплоносителя является ответственным этапом проектирования и сопряжен с выбором капиллярной структуры и конструкции фитиля тепловых труб.

Ознакомимся с основными принципами конструирования и некоторыми методиками расчета тепловых труб.

3.3.1. Конструкция тепловых труб

Принципы  работы  тепловой  трубы

Тепловая труба (ТТ) - это герметичное испарительно-конденсационное теплопередающее устройство, в котором осуществляется перенос скрытой теплоты парообразования за счет испарения жидкости в зоне подвода теплоты и конденсации ее паров в зоне отвода, а замкнутая циркуляция теплоносителя поддерживается действием капиллярных или массовых сил.

В самом общем виде ТТ представляет собой цилиндр с загерметизированными торцами (рис.3.5). Часть наружной боковой поверхности корпуса ТТ l_u служит для подвода тепла, находится в тепловом контакте с источником теплоты и называется зоной нагрева.

Рис.3.5. Устройство и параметры тепловой трубы:

1-жидкость; 2- пар; 3-источник тепла; 4-холодильник-конденсатор; R_W-радиус зоны потока пара; R_V- внешний радиус капилляра; R_t-внешний радиус тепловой трубы; W-ширина капилляра.