Моделирование двухфазного контура теплопереноса централизованной системы теплоотвода российского сегмента международной космической станции в условиях космического полета
Диссертация
Интенсивность исследований и объемы их финансирования существенно возросли в начале 1990;х г. г. при проведении проектных и экспериментальных работ по созданию PC МКС. Хотя основные принципы построения ДФК были к этому времени уже сформулированы, в этот период было развернуто широкое взаимодействие ряда научных и заводских организаций по выбору оптимальных конструкций агрегатов, их изготовлению… Читать ещё >
Содержание
- ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
- 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЦСТО PC МКС
- 1. 1. Актуальность задачи моделирования ДФК в условиях космического полета
- 1. 1. 1. Перспективы использования СТР КА с двухфазным теплоносителем в контуре
- 1. 1. 2. Обоснование необходимости проведения летного эксперимента. Элементы ДФК, чувствительные к гравитации
- 1. 2. Современное состояние разработок по моделированию
- 1. 1. Актуальность задачи моделирования ДФК в условиях космического полета
- СТР с двухфазным теплоносителем в контуре
- 1. 2. 1. Анализ зарубежных работ по математическому моделированию ДФК в космической и атомной промышленности
- 1. 2. 1. 1. SINDA/FLUINT — теплогидравлический код, предназначенный для моделирования систем терморегулирования наземных и космических аппаратов
- 1. 2. 1. 2. RELAP 5 — теплогидравлический код для моделирования систем терморегулирования атомных электростанций
- 1. 2. 1. 3. ATHLET — теплогидравлический код для моделирования систем терморегулирования атомных электростанций
- 1. 2. 1. 4. Анализ принципов математического моделирования, принятых в зарубежных теплогидравлических кодах
- 1. 2. 1. 5. Выводы
- 1. 2. 2. Анализ экспериментальных исследований ДФК в NASA и ESA
- 1. 2. 2. 1. ДФК с вращающимся устройством разделения и перекачивания жидкости (NASA)
- 1. 2. 2. 2. ДФК с двухфазным насосом (NASA)
- 1. 2. 2. 3. ДФК с капиллярной прокачкой (ESA)
- 1. 2. 2. 4. Выводы
- 1. 3. Постановка задачи моделирования ЦСТО PC МКС
- 1. 3. 1. Общие задачи моделирования ЦСТО
- 1. 3. 2. Цели и задачи математического моделирования ДФК
- 1. 2. 1. Анализ зарубежных работ по математическому моделированию ДФК в космической и атомной промышленности
- 1. 3. 3. Цели и задачи физического моделирования ДФК
- 1. 3. 3. 1. Проблемы физического моделирования
- 1. 3. 3. 2. Отличие функционального аналога СТС от функциональной модели СТС
- 1. 3. 3. 3. Требования к функциональному аналогу СТС
- 1. 3. 3. 4. Цели и задачи физического моделирования ДФК -функционального аналога ЦСТО
- 2. 1. Летная экспериментальная установка — функциональный аналог ДФК ЦСТО
- 2. 1. 1. Описание летной экспериментальной установки
- 2. 1. 2. Компоновка ЛЭУ-1М на транспортно-грузовом корабле «Прогресс М»
- 2. 1. 3. Описание условий проведения эксперимента
- 2. 1. 4. Описание стенда для исследования летной экспериментальной установки в наземных условиях
- 2. 1. 5. Обобщенная методика проведения летного эксперимента
- 2. 2. Математическая модель летной экспериментальной установки с использованием идеализированных элементов.
- 2. 2. 1. Общая теория математического моделирования ДФК с использованием идеализированных элементов
- 2. 2. 1. 1. Идеализированные элементы. Гидродинамические и тепловые цепи
- 2. 2. 1. 2. Система основных уравнений для расчета нестационарных процессов
- 2. 2. 1. 3. Выбор численного метода решения
- 2. 2. 1. 4. Особенности математического моделирования стационарного потокораспределения
- 2. 2. 1. 5. Замыкающие соотношения для математической модели контура теплопереноса
- 2. 2. 1. 6. Анализ адекватности используемой математической модели
- 2. 2. 2. Особенности математического моделирования ЛЭУ-1М
- 2. 2. 1. Общая теория математического моделирования ДФК с использованием идеализированных элементов
- 3. 1. Анализ работы контура при различных тепловых нагрузках
- 3. 2. Исследование динамики разогрева гидроаккумулятора с тепловым регулированием
- 3. 3. Параметрическая идентификация математической модели блока конденсаторов и газосборника
- 3. 3. 1. Формирование вида математической модели
- 3. 3. 1. 1. Наблюдаемые параметры модели
- 3. 3. 1. 2. Идентифицируемые параметры модели
- 3. 3. 1. 3. Независимые переменные модели
- 3. 3. 2. Программа параметрической идентификации математической модели ТГА
- 3. 3. 2. 1. Общая классификация методов идентификации
- 3. 3. 2. 2. Идентификация с помощью регрессионных методов
- 3. 3. 2. 3. Решение задачи МНК с использованием SVD (сингулярного) — разложения
- 3. 3. 3. Анализ идентифицируемости модели
- 3. 3. 4. Результаты идентификации параметров математической модели контура теплопереноса летной экспериментальной установки
- 3. 3. 5. Выводы по параметрической идентификации математической модели блока конденсаторов
- 3. 3. 1. Формирование вида математической модели
- 3. 4. Параметрическая идентификация математической модели ТГА
- 3. 4. 1. Формирование вида математической модели
- 3. 4. 1. 1. Наблюдаемые параметры модели
- 3. 4. 1. 2. Идентифицируемые параметры модели
- 3. 4. 1. 3. Независимые переменные модели
- 3. 4. 1. 4. Матричное представление математической модели
- 3. 4. 2. Создание программы параметрической идентификации математической модели ТГА
- 3. 4. 2. 1. Анализ идентифицируемости модели
- 3. 4. 2. 1. 1. Принципы анализа идентифицируемости модели
- 3. 4. 2. 1. 2. Анализ идентифицируемости принятой модели ТГА
- 3. 4. 3. Качественная оценка интенсивности теплопередачи в баке ТГА
- 3. 4. 3. 1. Исходные данные
- 3. 4. 3. 2. Примеры расчетов
- 3. 4. 4. Выводы по параметрической идентификации математической модели ТГА
- 3. 4. 1. Формирование вида математической модели
- 3. 5. Выводы
- 4. 1. Описание упрощенных теплогидравлической и нодализационной схем, исходных данных и логики регулирования
- 4. 2. Влияние нестационарных условий теплоотвода на предел работоспособности ЦСТО
- 4. 3. Работа ЦСТО с теплоизолированным ТГА при ступенчатом снижении и повышении тепловой нагрузки
- 4. 4. Обоснование метода предотвращения кавитации насоса на предельных тепловых нагрузках
Список литературы
- Малоземов В.В., Рожнов В. Ф., Правецкий В. Н. Системы обеспечения экипажей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1986. -584с.
- Никонов А.А., Горбенко Г. А., Блинков В. Н. Теплообменные контуры с двухфазным теплоносителем для систем терморегулирования космических аппаратов. М.: Центр НТИ Поиск. Сер.: Ракетно-космическая техника. — М: Машиностроение, 1991, — 302с.
- Ransom V.H., Marshall P.F. Thermal management system technology development for Space Station applications. SAE Technical Paper Series 83−1197.
- Ollendorf S. Recent and planned developments at the Goddard Space Flight Center in thermal control technology. Proceedings of the International Symposium on Environmental and Thermal Systems for Space Vehicles. Toulouse, France, Oct. 4−7, 1983, P.45−51.
- SINDA/FLUINT. General Purpose Thermal/Fluid Network Analyser. Version 4.1. User’s manual, Cullimore and Ring Technologies Inc. -1998. -P.505.
- SINDA/FLUINT. General Purpose Thermal/Fluid Network Analyser. Version 4.1. Sample Problem Appendix, Cullimore and Ring Technologies Inc. -1998.-P.340.
- The RELAP5 Development Team. RELAP5/MOD3 Code Manual. User’s Guide and Input Requirements, Idaho National Engineering Laboratory, Lockheed-Martin Idaho Technologies, NUREG/CR-5535, INEL-95/0174, Vol.2., August 1995.
- The RELAP5 Development Team. RELAP5/MOD3 Code Manual. Code Structure, System Models and Solution Methods, Idaho National Engineering Laboratory, Lockheed-Martin Idaho Technologies, NUREG/CR-5535, INEL-95/0174, Vol.1.1.- 1995. -P.435.
- The RELAP5 Development Team. RELAP5/MOD3 Code Manual. Models and Correlations, Idaho National Engineering Laboratory, Lockheed-Martin Idaho Technologies, -NUREG/CR-5535, INEL-95/0174, Vol. 1.4. -1995. -P.570.
- ATHLET Mod 1.1 Cycle B. User’s manual, Gesselshaft fur Analgen undReaktorsiecherheit (GRS) mbH. -1995. -P.730.
- Нигматулин Б.И. Современные методы обоснования теплогидравли-ческих аспектов безопасности атомных станций на крупномасштабных экспериментальных стендах // Теплоэнергетика. -1990. -№ 8. -С. 21−27.
- Митенков Ф.М. и др. Некоторые особенности математического моделирования динамики ядерных энергоустановок // Физика и техника ядерных реакторов. ВАНТ. -1995. -Вып. № 6. -С. 3−8.
- Мышкис А.Д. Элементы теории математических моделей. -М.: Физматлит. -1994. -192 с.
- Гордон Б.Г., Ковалевич О. М. Проблемы исследований на крупномасштабных экспериментальных установках // Теплоэнергетика. -1992.-№ 1.-С. 8−12.
- Блехман И.И., Мышкис А. Д., Гановко Я. Г. Прикладная математика: предмет, логика, особенности подходов. -Киев: Наукова думка, 1976. -272 с.
- Гордон Б.Г., Гуцалов А. Т. Верификация программных средств для расчета аварийных режимов АЭС // Теплоэнергетика. 1993. -№ 1. -С. 25−28.
- Гордон Б.Г. Моделирование теплогидравлических процессов на крупномасштабных исследовательских установках // Теплоэнергетика. -№ 10. -С. 56−60.
- Основы синтеза систем летательных аппаратов: Учеб. Пособие для студентов втузов / А. А. Лебедев, В. Н. Баранов, В. Т. Бобронников и др./ Под ред. А. А. Лебедева. -М.: Машиностроение, 1987. -224 с.
- Блинков В.Н. Моделирование нестационарных термогидродинамических процессов в теплообменных контурах с двухфазным теплоносителем. -Атомная энергия. Т.73. Вып.6. 1992. С. 439−442.
- Лоусон Ч., Хенсон Р. Численное решение задач метода наименьших квадратов / Пер. с англ. -М.: Наука. Гл. ред. физ. мат. лит., 1986. -232 с.
- Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений / пер. англ. -М.: Мир, 1980. -280 с.
- Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами / Пер. с англ. -М.: Мир, 1973 -960 с.
- Епифанов С.В., Кузнецов Б. И., Богаенко И. Н., Грабовский Г. Г., Дюков В. А., Кузьменко С. А., Рюмшин Н. А., Самецкий А. А. Синтез систем управления и диагностирования газотурбинных двигателей. -Киев: Техника, 1998.-312 с.
- Епифанов С.В. Анализ идентифицируемости динамических моделей двигателей // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. тр. -Харьков: Государственный аэрокосмический университет «ХАИ», 1998. -Вып. 5 (тематический) С. 471−476.
- Cullimore В.A. Applications of a general thermal/hydraulic simulation tool. -AIAA- 89−1754.
- Dragger P. ATHLET 1.1С for Personal Computers. Gessellschaft fur Anlagen und Reaktorsicherheit (GRS). User’s Manual. 1995.
- Арушунян О.Б., Залеткин С. Ф. Численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений на Фортране. -М.: МГУ, 1990. -336с.
- Гликман Б.Ф. Математические модели пневмогидравлических систем. -М.: Наука, 1986. -368 с.
- Хасилев В.Я., Меренков А. П., Каганович Б. М. Методы и алгоритмы расчета тепловых сетей. -М.: Энергия, 1978. -176 с.
- Делайе Дж., Гио М., Ритмюллер М. Теплообмен и гидродинамика в атомной и тепловой энергетике / Пер. с англ. -М.: Энергоатомиздат, 1984. -424 с.
- Теплопередача в двухфазном потоке / Под ред. Баттерворса Д. и Хьюитта Г. -М.: Энергия, 1980. -328 с.
- T.J.Bland, R.S.Downing, D.P.Rogers. A Two-Phase Thermal Management System For The Space Station. SAE Technical Paper series 84−1525.
- T.J.Bland, R.S.Downing, D.P.Rogers. A Two-Phase Thermal Management System For Large Space Platforms. AIAA-84−1758.
- M.P.Mchale, S.D.Goo, J.E.Coleman, G.L.Frankfurt. Two-Phase Ammonia Thermal Bus Testbed: Experimental Results. SAE Technical Paper series 88−1109.
- D.L.Myron, R.C.Parish. Development Of A Prototype Two-Phase Thermal Bus System For Space Station. AIAA 87−1628.
- D.G.Hill, K. Hsu, R. Parish, I.Dominik. Reduced Gravity and Ground Testing of a Two-Phase Thermal Management System For Large Spacecraft. SAE Technical Paper series 88−1084.
- Eugene K. Ungar, Thang D. Mai. The Russian Two-Phase Thermal Control System for the International Space Station: Description and Analysis/ National Heat Transfer Conference/ August 3−5. Houston, Tx. 1996.
- А.М.Кутепов, Л. С. Стерман, Н. Г. Стюшин. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. -М.: «Высшая школа», 1986.
- В.П.Исаченко. Теплообмен при конденсации. -М.: «Энергия», 1977.
- Справочник по теплообменникам. В двух томах. / Пер. с англ. под ред. Б. С. Петухова, В. К. Шикова. // -М.: «Энергоатомиздат», 1987.
- Л.С.Зажигаев, А. А. Кишьян, Ю. И. Романиков. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. -М.: «Атомиздат», 1978.
- А.Н.Зайдель. Ошибки измерений физических величин. -Л.: «Наука», 1974. -108 с.
- М.С.Винарский, М. В. Лурье. Планирование эксперимента в технологических исследованиях. -Киев.: «Техшка», 1975. -168 с.
- А.Е.Мудров. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: МП «Раско», 1991. — 272 с. с ил.
- В.В.Галактионов, В. Д. Портнов, В. Я. Сасин./ Ред. А. Л. Ефимов. Расчет тепломассообменных аппаратов. М.: Моск. Энерг. Ин-т, — 1987. — 44 с.
- Соколов Е.Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты, Изд. 2-е, М.: «Энергия». 1970. 288 с. с ил.
- В.П.Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. Теплопередача. М.: «Энергоиздат». — 1981. — 416 е.: ил.
- Л.Тонг. Теплоотдача при кипении и двухфазное течение. / Пер. с англ. В. Я. Сидорова. Под ред. И. Т. Аладьева. М.: «Мир». 1969. — 244 с.
- Соколов Е.Я., Бродянский В. М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. -М.: «Энергоиздат». 1981. — 320 с.
- М.Е.Дейч, Г. А. Филиппов. Газодинамика двухфазных сред. М.: «Энергия». 1968. — 424 с.
- Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: «Наука». Гл. ред. Физ.-мат. лит., — 1987.
- Гухман А.А. Введение в теорию подобия. М.: «Высшая школа». -1973.-296 с. сил.
- Залетаев В.М., Капинос Ю. В., Сургучев О. В. Расчет теплообмена космического аппарата. -М.: Машиностроение. 1979. — 208 с.
- The Concept of Design of the International Space Station ALPHA / Э. И. Григоров, В. М. Цихоцкий, Г. А. Горбенко и др. // International Symposium Heat Transfer Enhancement in Power Mashinery. Part II. -Moscow, Russia, May 25−30. -1995. -P. 222−225.
- Малоземов В.В., Кудрявцева Н. С., Оптимизация систем терморегулирования космических аппаратов. М.: Машиностроение. — 1988. — 584 с.
- Майданик Ю.Ф., Ферштатер Ю. Г., Пастухов В. Г. Контурные тепловые трубы: разработка, исследования, элементы инженерного расчета. Научные доклады ин-та теплофизики УрО АН СССР. Свердловск. — 1989.
- Основы системного моделирования и инженерного синтеза сложных теплоэнергетических систем. / Блинков В. Н., Гакал П. Г., Горбенко
- Г. А. // В кн. Авиационно-космическая техника и технология. Сб. науч. тр. Харьковского авиационного института им. Н. Е. Жуковского. Выпуск 13. -Харьков.-1999.-С. 61−71.
- Савельев Е.Г. Исследование низкотемпературных установок на смесях для систем терморегулирования космических аппаратов. Диссертация канд. Тех. Наук: 05.14.05. М. — 1996. — 195 с.
- Малухин К.А. Моделирование теплоэнергетических режимов современных объектов аэрокосмической и наземной техники // Интегрированные технологии и энергосбережение. 2000. — № 2. С.24−30.
- Делайе, Дж., Гио M., Ритмюллер М. Теплообмен и гидродинамика в атомной и тепловой энергетике. / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат. — 1984.
- Теплопередача при низких температурах. / под ред. У.Фроста. // Пер. с англ. М.: Мир. — 1977. — 391 с.
- DeGroff W.T., Pietruszewski C.S., Downing R.S. Dtvelopment Status of A Two-Phase Thermal Management System For Large Spacecraft. AIAA-88−2703.
- Redde Karri S.B., Mathur V.K. Two-Phase Flow Regime map Predictions under Microgravity. AIChE Journal 1988, 34, N 1. P. 137−139.
- Beattie D.R.H. Two-Phase Flow Structure and Mixing Length Theory. -Nuclear Engineering and Designt 25 (1972). P. 46−64.
- Beattie D.R.H. A note on calculation of two-phase pressure losses. -Nuclear Engineering and Designt 25 (1973). P. 395−402. 1986. P. 51−67.
- Галин H.M., Кириллов П. Л. Тепломассообмен (в ядерной энергетике). М.: ЭнергоатомиздатБ 1987. — 376 с.
- Кириллов П.Л., Юрьев Ю. С., Бобков В. П. Справочник по теплогидравлическим расчетам, (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат. — 1984. — 296 с.
- Кузнецов Ю.Н. Теплообмен в проблеме безопасности ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат. — 1989. — 296 с.
- Groenveld D.C. An investigation of heat transfer in the liquid deficient regime. ANS Paper AECL -3281.
- Международная космическая станция «Альфа». Комплекс систем обеспечения теплового режима. Пояснительная записка к эскизному проекту. РКК «Энергия».-1994.
- A.Д., Лукоянов Ю.М.// В кн. Авиационно-космическая техника и технология. Сб. науч. тр. Харьковского авиационного института им. Н. Е. Жуковского. Выпуск 13. -Харьков,-1999. -С. 41−49.
- Experimental two-phase loop for studying heat transfer under the conditions of weightlessness / V.M.Tsikhotsky, A.A.Nikonov, Yu.M.Prokhorov,
- B.A.Goncharov, Yu.A.Belyashkin, A.N.Sementsov, G.A.Gorbenko, A.S.Sazonov. // International Symposium Heat Transfer Enhancement in Power Mashinery. Part II. -Moscow, Russia, May 25−30. -1995. -P. 226−228.
- Отчет по результатам натурных испытаний летной экспериментальной установки ЛЭУ-1М в условиях космического пространства. РКК «Энергия» им. академика С. П. Королева. 1999.
- Семенов Ю.П. Новые российские технологии в ракетно-космической технике последних лет. «Вестник Российской академии наук», т. 70, № 8, -2000г.
- РТО. Математическое моделирование статических и динамических режимов функционирования установки ЛЭУ-1М. Совершенствование программного обеспечения расчетов теплового режима приборов в негерметичном исполнении. НТО ЦНИИМаш № 35 344. -1997г.
- Проведение расчетных исследований функционирования ДФК по разработанной математической модели и ее верификация на основе наземных экспериментов. НТО ЦНИИМаш № 35 657, -1998г.