ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

摘要

Для мощных систем преобразования энергии космического назначения требуются теплообменники, работающие при высокой температуре (более 1000 К) и большом перепаде давления (несколько мегапаскалей) между каналами "холодного" и "горячего" теплоносителей. Это обстоятельство объясняет повышенные требования к конструкции теплообменной матрицы по прочности и жесткости, что практически исключает применение известных компактных и легких пластинчато-ребристых конструкций с ребрами из фольги толщиной 50-100 мкм. В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований тепловых и гидравлических характеристик альтернативных вариантов теплообменных элементов с различными способами интенсификации теплообмена. Проведены экспериментальные исследования теплообмена и гидродинамики для трех типов теплообменных поверхностей: трубчатой из тонкостенных трубок малого диаметра (3 мм) с деформацией по периметру поперечного сечения и длине (витые трубки); пластинчатой со столбчатым оребрением ромбического сечения (столбики сечением 2 × 2 и высотой 4 мм) и пластинчатой из тонкостенных пластин толщиной 0.2 мм с поверхностью, образованной противоположно направленными усеченными конусами с седловидными перемычками (двояковыпуклая штампованная пластина). После обработки и анализа экспериментальных данных для этих теплообменных поверхностей построены критериальные соотношения для числа Нуссельта и коэффициента гидравлического сопротивления в зависимости от числа Рейнольдса. Полученные критериальные формулы для витых трубок и поверхности со столбчатым оребрением сравниваются с известными зависимостями. Так, витые трубки дают улучшение теплообмена по сравнецию с круглыми трубками более чем на 20% при ухудшении гидродинамики на 50%. Пластинчатая поверхность со столбчатым оребрением увеличивает теплообмен более чем в 2 раза по сравнению с шахматной компоновкой трубного пучка.