Система обеспечения теплового режима космического аппарата. Расчет характеристик систем обеспечения теплового режима космических аппаратов, страница 23

1 - металлический стержень; 2 - спираль из мелкой сетки; 3 - капиллярные мостики; 4 - лепестки из сетки; 5 - резьба на внутренней поверхности корпуса; 6 - сетка на стенке корпуса; 7 - внутренние артерии; 8 - внешняя артерия; 9 - трубки из сетки; 10 - полость артерии; 11- промежуточная перфорированная трубка; 12 - малые артерии; 13 - паровой канал; 14 - дистанционирующие элементы

Спираль помещают в уплотненный цилиндрический кожух из мелкой сетки. С помощью капиллярных мостиков артерия соединяется с капиллярной системой на стенке, выполняемой чаще всего в виде резьбовых канавок на внутренней поверхности корпуса трубы. Хорошей заполняемости способствует наличие достаточно малых зазоров между витками спирали. Большое суммарное сечение фитиля обеспечивает высокий теплоперенос. Канавочная структура на стенке позволяет снизить термическое сопротивление тепловой трубы.

Лепестковый фитиль (рис.3.7б) представляет собой усовершенствованный фитиль спиральной артерии. Капиллярными мостиками в нем служат лепестки из мелкой сетки, позволяющие тепловой трубе функционировать при наличии изгибов корпуса. Лепестковый фитиль мало чувствителен к избытку и недостатку заправленного в трубу теплоносителя.

Модулированная артерия (рис.3.7в) при одинаковой заполняемости со спиральной артерией обладает лучшими гидродинамическими свойствами и соответственно лучшей способностью к теплопереносу вследствие того, что имеет круглые капиллярные каналы. Секционирование капиллярных каналов уменьшает влияние на теплоперенос паровых и парогазовых пузырей. Тепловые трубы с такой артерией используются в качестве газорегулируемых. В усовершенствованной модулированной артерии (рис.3.7г) улучшены условия для диффузии газа.

Принципиально новая идея заложена в конструкцию туннельного фитиля (рис.3.7д). Она заключается в использовании разности давлений насыщения по длине парового канала и по сечению артерии (туннеля). Для этого жидкость (по крайней мере, в центральной части фитиля) должна быть более холодной, чем пар. При стационарной работе трубы это условие всегда выполняется, так как жидкость из конденсаторной части поступает в артерию всегда охлажденной. Первоначально вследствие действия капиллярных сил заполняется жидкостью периферийная часть артерии, образуя «шубу», в которой имеется радиальный градиент температуры. Даже малого капиллярного напора может быть достаточно для того, чтобы при заполнении создавалась разность давлений, намного превышающая капиллярный напор фитиля.

Из изложенного выше следует, что выбор фитиля в значительной степени зависит от рабочего диапазона температур. Желательно проводить его одновременно с выбором теплоносителя.

3.3.2. Методика расчета тепловых труб

Для ламинарного течения жидкости в фитиле, когда влиянием сил инерции можно пренебречь, потери давления из-за действия сил трения и гравитации определяются по закону Дарси:

          (3.57)

где - эффективная длина ТТ (вводится для учета поперечного потока массы жидкости в зонах испарения и конденсации);

 - проницаемость пористой структуры;

 - угол наклона ТТ к горизонту;

- плотность и коэффициент динамической вязкости жидкости;

- площадь поперечного сечения пористого тела;

- массовый секундный расход жидкости.

Знак ± в уравнении (3.57) учитывает расположение зон испарения и конденсации друг относительно друга в пространстве (знак + необходим, если зона конденсации расположена ниже зоны испарения).

Бесперебойная работа ТТ может быть достигнута лишь при условиях, когда перепады давлений, обеспечивающие перемещение жидкости по фитилю и пара в паровом канале , будут равны или больше перепадов давлений, которые необходимы для преодоления сил трения, инерции и гравитации при движении жидкости и пара. Силой инерции для жидкости и силой гравитации для пара ввиду их малого влияния пренебрегают.

В настоящее время существует несколько методов расчета ТТ, но ни один из них не является общепризнанным. Это объясняется сложностью явлений в ТТ, влияние которых трудно учесть.