Разработка методик расчета, проектирования и испытания баллона с криогенной заправкой для бортовой дроссельной системы охлаждения

• Автор: Сармин, Дмитрий Викторович
• Шифр специальности: 05.07.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Перечень условных обозначений, индексов и сокращений
Введение
Глава 1 Бортовые системы охлаждения летательных аппаратов
1.1 Современное состояние развития бортовых систем охлаждения аэрокосмического назначения
1.2 Дроссельные системы охлаждения
1.2.1 Замкнутые дроссельные системы охлаждения
1.2.2 Баллонные дроссельные системы охлаждения
1.3 Схемы и конструкции дроссельных микроохладителей
1.4 Системы охлаждения с использованием хладагента в субкритическом состоянии
1.5 Системы охлаждения с хранением сжиженных хладагентов при температуре окружающей среды
1.6 Выбор типа систем охлаждения
Выводы по 1 главе
Глава 2 Баллон с криогенной заправкой (БКЗ)
2.1 Рабочий процесс баллонной дроссельной системы
2.2 Баллон с криогенной заправкой
2.3 Теплофизика процессов в баллоне с криогенной заправкой
2.3.1 Масса заправляемого рабочего тела
2.3.2 Определение времени хранения криоагента в БКЗ в безрасходном состоянии
2.3.3 Физико-математическая модель процессов в баллоне с криогенной
заправкой
2.4 Алгоритм и результаты расчёта параметров в баллоне (БКЗ)
Выводы по 2 главе
Глава 3 Экспериментальные исследования процессов в баллоне с криогенной заправкой
3.1 Объект исследования. Цели и задачи эксперимента
3.2 Подготовка и проведение испытаний
3.3 Обработка результатов испытаний БКЗ
3.4 Анализ результатов испытаний БКЗ
3.5. Исследование температурного состояния стенки БКЗ
3.6 Расчёт на прочность баллона в программном пакете ANSYS Structural
3.6.1 Граничные условия
3.6.2 Настройка постпроцессора
3.6.3 Анализ результатов
3.7 Оценка погрешностей определяемых величин. Основные положения используемого метода оценки погрешности
3.8 Рекомендации по доработке конструкции БКЗ
Выводы по 3 главе
Глава 4 Определение характеристик дроссельной системы охлаждения на базе баллона высокого давления и БКЗ при различных начальных параметрах
4.1 Время функционирования дроссельных систем охлаждения
4.2 Работа баллонного микроохладителя при использовании азота с околокритическими параметрами
4.4 Технико-экономические характеристики дроссельной системы охлаждения
на базе БКЗ
4.5 Оптимальная масса криопродукта и масса ёмкостей для его хранения
Выводы по 4 главе
Заключение
Список использованных источников

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ИНДЕКСОВ И СОКРАЩЕНИЙ
Условные обозначения:

Я - газовая постоянная, ——;

„ -наружный диаметр баллона, м ; с1п - внутренний диаметр баллона, м

Рстент, - плотность материала стенки,

Ус - объем стенки баллона (одного погонного метра), м3; тс - масса стенки баллона (одного погонного метра), кг

Р0 - начальное давление в баллоне, —

1с - начальная температура стенки баллона, К;
г о « КДЖ
С — начальная теплоемкость стенки баллона, ;

с1 Т - диаметр термосной ёмкости, м ;
5 и] - толщина изоляции, м ;
с!из - диаметр изоляции термосной ёмкости, М ;
Vт - объем термоса баллона, л/3;
Т°ж - начальная температура жидкости, К;
Токр - температура окружающей среды, К;
1Ж - энтальпия жидкости при определённой температуре, кП'ж ;

р - плотность жидкости, —г;

УПЖ - масса жидкости в одном погонном метре термоса, кг-,
О - -г М
иг - начальный удельный объем газа, —;

Уг - объем газовой полости, .м3;
Щ - масса газа, находящегося в газовой полости, кг-,
Чпот ~ тепло> потребное для нагрева 1 кг жидкости, кДщ Я°пот ~ тепло> потребное для нагрева жидкости, кДж
А. - коэффициент теплопроводности газа, Вт / м- К
Ли:/ - коэффициент теплопроводности изоляции термоса, Вт / м- К; Qc - мощность теплового потока от стенки к жидкости, Вт / м
Тж - время прогрева жидкости до нового значения температуры, с; Т[ - температура стенки баллона, К
Л тисп - время, за которое происходит испарение части жидкости, с;

В качестве дроссельных устройств (рисунок 1.11) могут использоваться капиллярные трубки определённой длины («капиллярный» дроссель), микроотверстия (дюзы), пористые металлокерамические таблетки, трубки теплообменника («распределённый» дроссель), а также дроссель с регулируемой холодопроизводительностью.
Рисунок 1.11— Конструктивные схемы дроссельных устройств
Конструкция охлаждаемого устройства и физические характеристики его активного (чувствительного) элемента во многом определяют также схему сопряжения устройства с микрокриогенной установкой; узел их стыковки должен удовлетворять комплексу требований, обеспечивающих нормальную работу термостатируемого устройства при определённых параметрах установки: