Мар 28

Система терморегулирования – радиаторы

Радиаторы

Система с использованием наружного радиатора для отвода тепла в космическое пространство является прекрасным средством регулирования температуры внутри космического корабля когда необходимы высокие скорости отвода тепла, малый вес расходуемых материалов и низкий уровень потребления энергии. В системе с наружным радиатором используются ничтожно малые по весу расходуемые материалы. Такая система может быть легкой и надежной, ее достаточно просто «вписать» в конструкцию корабля. В нее должны входить одна или больше секций наружного радиатора и определенные устройства для переноса к радиатору тепла, образующегося внутри корабля. Были исследованы целый ряд конструкций радиаторов (рис. 15) и методов их крепления к кораблю. Секции радиатора могут быть либо составной частью конструкции самого корабля, либо самостоятельными, прикрепленными к нему снаружи, либо в виде лопастей, которые излучают тепло в космическое пространство. Практически радиатор можно сконструировать, приварив трубы к внутренней поверхности обшивки корабля, что обеспечит простоту изготовления и надежную их защиту от повреждения метеорами, но несколько снизит его эффективность.

Рис. 15. Конструкции радиаторов:

1-8 – радиаторы трубчато-ребристого типа (1 – ребра простой прямоугольной формы одинаковой толщины; 2 – конические ребра оптимального веса; 3 – ребра в виде формованного листа; 4 – ребра из цельного листа с эксцентрической трубкой, используемой там, где нет необходимости в метеорной защите, например на обратной стороне цилиндрической панели; 5 – ребра из цельного листа; 6 – ребра в виде плоских поверхностей; 7 – ребра из двух формованных листов; 8 – ребра из двух плоских листов с сотовой опорной конструкцией дополнительной жесткости, 9 – радиатор армированного типа двумя поверхностями для случая, когда панели .радиатора должны быть несущими

Включение радиаторов в конструкцию корабля даст экономию в весе и гарантию от попадания в них метеоров.

Для переноса тепла, образующегося внутри корабля, к наружному радиатору было предложено использовать жидкость. Такой контур охлаждения напоминает в принципе систему теплопередачи от мотора автомобиля к его радиатору. Для предотвращения циркуляции газа или пара через наружный радиатор можно использовать дополнительный контур охлаждения и теплообменник (рис. 16). Подобную систему со вспомогательным контуром охлаждения можно применить для охлаждения кабины, причем воздух будет циркулировать через теплообменник, отдавая как тепло, выделяемое человеком в процессе обмена веществ, так и подведенное извне, через обшивку корабля.

Затем по контуру жидкостного охлаждения тепло будет переноситься от теплообменника к радиатору. Преимущество использования жидкости перед прямой теплопередачей из кабины к наружной обшивке корабля состоит в том, что контур жидкостного охлаждения подводится к любому элементу корабля. Кроме того, увеличивается гибкость системы терморегулирования так как с целью регулирования скорости отвода тепла можно изменять характеристики потока хладагента.

Очень важен правильный выбор охлаждающей жидкости; поскольку ее свойства заметно влияют на характеристики системы. Жидкость должна иметь высокий коэффициент теплопроводности низкую температуру замерзания, а также не оказывать токсического воздействия на человека или вызывать коррозию в металлах, с; которыми соприкасается. Обычно предпочитается водный раствор этиленгликоля или фреон-21.

Рис 16. Система отвода тепла из космического корабля:

1 – источник тепла; 2 – обшивка корабля; 3 – жидкостный контур переноса тепла; 4 – теплообменник; 5 – жидкостный контур радиатора; 6 – перепускающий клапан; 7 – радиатор; 8 – насос

Эффективность радиатора можно определить как отношение суммарного излучаемого тепла к идеальной теплоотдаче, т. е. теплу, которое излучалось бы в окружающее «черное» пространство, если бы температура радиатора была равна температуре входящей жидкости. Эффективность радиатора зависит от температуры окружающей среды (количество поглощенного тепла), а также от конструкции самого радиатора и его эксплуатационных характеристик. Излучение радиатором тепла и поглощение им космической радиации. зависят от поверхностного покрытия. Изученное тепло пропорционально произведению коэффициента излучения поверхности и ее температуры в четвертой степени, тогда как поглощенное тепло равно произведению коэффициента поглощения поверхности и падающего потока излучений. Для каждой длины волны излучений коэффициент излучения равен коэффициенту поглощения, но оба коэффициента являются функцией длины волны излучений.

Радиатор системы терморегулирования будет излучать инфракрасные лучи, поэтому его поверхностное покрытие должно иметь высокий коэффициент поглощения вэтом диапазоне. Такое покрытие будет отражать только небольшую часть инфракрасного потока излучений. Однако во многих случаях большая часть падающего потока будет либо непосредственной, либо отраженной солнечной радиацией. Имеются поверхностные покрытия с высоким коэффициентом излучения и поглощения в инфракрасном спектре и малым – в солнечном спектре. Эти покрытия могут отражать до 85% солнечной радиации понижая, таким образом до практически приемлемого уровня отношение поглощаемого тепла к излучаемому. На графике рис. 17 показано влияние на эксплуатационные характеристики радиатора коэффициентов поглощения и излучения в солнечном и инфракрасном спектре. Суммарное излучаемое тепло повышается с увеличением коэффициента излучения в инфракрасном спектре.

Рис. 17. Зависимость функционирования радиатора от тепловых свойств поверхностного покрытия

(α – коэффициент поглощения для солнечного спектра)

Когда радиатор подвергается воздействию солнечного света, суммарное излучаемое тепло понижается с увеличением коэффициента поглощения для солнечного спектра. Помимо номинальных значений радиационных коэффициентов поверхностного покрытия, нужно также учитывать изменение этих коэффициентов под влиянием длительного воздействия ультрафиолетового света, лунной пыли и т. д.

Рис. 18. Зависимость функционирования радиатора от параметров его конструкции:

1-3 – диаметр трубки (1 – 3,18 мм; 2 – 6,35 мм; 3 – 12,7 мм)

Эффективность радиатора в большой степени зависит от многих конструктивных параметров, особенно диаметра трубок радиатора, расстояния между ними, геометрии ребер и их размеров. На рис. 18 показано значение параметров конструкции для функционирования радиатора при постоянной скорости хладагента. Эти параметры должны быть выбраны так, чтобы радиатор работал в самых различных условиях. Ограничения, налагаемые практическим использованием и промышленным изготовлением, могут помешать оптимальному использованию всех параметров для данных условий, но даже при этих ограничениях можно подобрать радиатор с максимальной эффективностью. При конструировании системы радиатора необходимо учитывать воздействие, которое оказывает на работу всей системы каждый ее параметр. В вес системы входит вес секций радиатора, коллектора и трубопровода, контура охлаждения и самой жидкости, насосов, клапанов и системы электропитания. Условия изготовления могут наложить определенные ограничения на конструктивные и эксплуатационные параметры системы, но в пределах практических требований система должна обеспечивать максимальное отношение излучаемого тепла к весу системы, что требует проведения исследований по ее оптимизации (рис. 19).

Рис. 19. Типичное графическое изображение методики оптимизации системы радиатора:

А – зависимость при постоянных площади, скорости потока и расходе хладагента; Б – зависимость при постоянных скорости потока и расходе хладагента; 1 – минимальная точка графика А; II – минимальные точки из нескольких графиков типа А и Б; III – оптимальная конфигурация

При этом учитывается увеличение веса, связанное с необходимой мощностью насосов. После определения этой величины можно подобрать другие компоненты системы и получить общий ее вес.

Похожие статьи:

  1. Система терморегулирования: поверхностные покрытия и расходуемый хладагент Система терморегулирования космического корабля обеспечивает комфортные условия в кабине, устанавливая...
  2. Система терморегулирования – Цикл сжатия пара Цикл сжатия пара Систему радиатора можно применять только в случае,...
  3. Индивидуальные системы охлаждения Выполнение космонавтом различных работ в кабине корабля, открытом космосе или...

автор admin



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.