Т. 5, № 1, 2021
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК. СЕРИЯ «АВИАЦИОННО-РАКЕТНОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ»
СОДЕРЖАНИЕ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
|
Ю. А. Шостак, Н. К. Никулин, П. А. Шостак, Г. Т. Цакадзе, Е. В. Свичкарь Исследование межступенчатого канала комбинированного турбомолекулярного насоса DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-9-17 Расчет реализовывается с помощью статистического подхода и основан на применении метода пробной частицы (Монте-Карло). Определяется вероятность прямого и обратного перехода молекул газа через канал между турбомолекулярной и молекулярной ступенями насоса. Учитывается воздействие подвижных стенок, ограничивающих канал. В результате исследования определено влияние геометрических и динамических параметров межступенчатого канала на вакуумные характеристики межступенчатого канала. Приведены зависимости вероятности перехода молекул газа через межступенчатый канал от относительных показателей, определяющих геометрию и динамику стенок канала. Ключевые слова: турбомолекулярный насос, молекулярный режим течения газа, метод Монте-Карло, проводимость канала, объемный поток газа, канал с движущимися стенками, откачная характеристика, диффузный закон отражения, сопротивление, турбомолекулярный насос. |
9–17 |
|
А. М. Калашников, А. А. Капелюховская, И. Д. Обухов Анализ применения системы рекуперации тепловых потерь с помощью органического цикла Ренкина для привода технологического оборудования DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-18-27 Выполнен анализ теплообменных процессов при остывании нагретой поверхности технологического оборудования, расчет проводился на базе уравнений, содержащихся в пакете ANSYS Fluent. При моделирование теплообменных процессов были приняты следующие граничные условия: температура нагретой поверхности; змеевиковый теплообменный аппарат расположен на расстоянии от нагретой поверхности технологического оборудования. Из полученных результатов можно сделать следующие выводы: рост температуры нагретой поверхности приводит к увеличению зоны нагрева хладагента с высокой теплоемкостью и, следовательно, к росту тепловой мощности; с увеличением расхода хладагента происходит понижение его температуры на выходе, но увеличивается тепловая мощность; повышение давления нагреваемого хладагента повышает тепловую эффективность; данная конструкция теплообменного аппарата позволяет добиться необходимой для работы привода мощности с помощью: изменяя расход хладагента, избыточное давление хладагента, количество колен, а также за счет установки отражающего тепловое излучение кожуха. Ключевые слова: тепловая энергия, рекуперация тепла, теплообменник, машиностроение. |
18–27 |
|
В. И. Карагусов Экспериментально-расчетные исследования радиационных панелей системы жизнеобеспечения DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-28-33 Экологически чистые и возобновляемые источники энергии в настоящее время являются актуальными и востребованными. Одним из таких источников энергии является солнечное излучение, которое может передавать на один квадратный метр земной поверхности до 1,5 кВт тепловой энергии. Эту энергию можно преобразовать в электрическую при помощи солнечных батарей, которые имеют ряд недостатков. Основными из них являются низкий КПД и малый срок службы. Другой способ использования солнечной энергии — использование солнечных коллекторов, которые преобразуют излучение Солнца в тепловую энергию. Ключевые слова: система жизнеобеспечения, радиационный нагреватель, солнечное излучение, тепловой поток, возобновляемые источники энергии, тепловая производительность, инсоляция. |
28–33 |
|
М. И. Соколов, Ю. В. Кожухов Исследование применимости уравнений Пенга–Робинсона и GERG-2008 состояния реального газа для расчета свойств фреонов для холодильных машин и компрессоров DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-34-43 Проведено исследование уравнений состояния реального газа Пенга–Робинсона и GERG-2008 применительно к расчетам фреонов R404A, R408A и R410A. В ходе исследования были рассчитаны четыре параметра фреона на линии насыщенного пара: давление насыщенных паров на линии насыщения при некоторой температуре фреона, плотность фреона при давлении насыщения и некоторой температуре, энтальпия и энтропия при тех же давлениях и температуре. Данные, полученные из расчета фреона по вышеуказанным уравнениям, были сравнены с экспериментальными данным по каждому из вышеуказанных фреонов. В результате работы были получены данные по оценке точности уравнений состояния Пенга–Робинсона и GERG-2008 для каждого из трех фреонов, дана оценка эффективности применения этих уравнений, а также даны рекомендации по расчетам и применению данных уравнений при проектировании и математическом моделировании холодильных машин. Ключевые слова: фреон, реальный газ, уравнение состояния реального газа, термодинамический расчет, холодильная техника, холодильный компрессор. |
34–43 |
|
М. Гриб, А. Брюммер Исследование эффектов поверхностной конденсации в паровых двухвинтовых детандерах = Grieb M., Brümmer A. Investigation into the effects of surface condensation in steam-driven twin screw expanders / пер. с англ. М. А. Федоровой DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-44-52 При работе двухвинтовых детандеров с незначительно перегретыми парами или даже с двухфазными жидкостями в период наполнения и в фазе расширения на поверхностях их проточной части происходит поверхностная конденсация, когда рабочая среда контактирует с более холодными внутренними поверхностями. Этот теплообмен рабочей среды с конструктивными элементами машины оказывает влияние на их рабочий цикл и КПД. Короткие промежутки времени и периодичность этого процесса указывают на то, что процесс конденсации лучше всего описывается при помощи моделей капельной конденсации. С учетом известных результатов научных исследований в данной статье уделено внимание анализу влияния поверхностной конденсации на работу двухвинтовых детандеров. Моделирование рабочей камеры в сочетании с тепловым расчетом используется для термодинамического моделирования, при котором учитывается изменение коэффициентов теплопередачи. Установлено, что во время фазы впуска на внутренних поверхностях машины появляется конденсат, который значительно холоднее рабочей среды. Это приводит к тому, что в рабочую камеру поступает большее количество рабочего тела, и, вследствие этого, увеличивается массовый расход машины. Увеличение выходной мощности, однако, не наблюдается. На последнем этапе расчетные результаты сравниваются с экспериментальными данными опытного образца двухвинтового детандера. Ключевые слова: двухвинтовой детантер, поверхностная конденсация, теплообмен, рабочее тело, термодинамическое моделирование. Перевод публикуется с разрешения авторов и Оргкомитета конференции «Компрессоры и их системы» (Лондон, 2019). |
44–52 |
АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
|
В. Ю. Куденцов, А. В. Куденцов Положение жидких остатков топлива в баке отработанной ступени ракеты при баллистическом спуске DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-53-60 Представлены результаты моделирования поведения жидких остатков компонента ракетного топлива в топливном баке отработанной ступени ракеты на баллистической траектории. Моделирование проведено для следующих вариантов: при управляемом спуске ступени ракеты и при использовании технологии испарения жидких остатков ракетного топлива в баках отработанной ступени. Установлено, что при управляемом спуске отработанной ступени ракеты по баллистической траектории на участке ее разворота и до высот 20 км жидкость под действием перегрузок распределяется в виде пленки в районе днища и боковой поверхности с площадью покрытия до 35 %. На высоте максимального значения осевой перегрузки жидкие остатки топлива в виде пленки перемещаются в район днища и прилегающей боковой поверхности топливного бака. Общая площадь покрытия составляет около 22 %. Введение горячего теплоносителя в топливные баки для испарения жидких остатков ракетного топлива кардинально изменяют картину поведения жидкости. Остатки ракетного топлива распределяются на обоих днищах и боковой поверхности топливного бака. За счет высокой скорости теплоносителя в баке осевая перегрузка слабо влияет на распределение остатков топлива в баке ракеты. Ключевые слова: топливные баки, моделирование, двухфазное течение, ракетное топливо, баллистическая траектория. |
53–60 |
|
В. И. Кузнецов, В. В. Макаров, А. Ю. Шандер Сходство и различие рабочих процессов эффекта Ранка и трубы Гартмана–Шпренгера DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-61-70 Рассмотрены физико-математические модели процессов, протекающих в вихревых трубах (эффект Ранка) и трубе Гартмана–Шпренгера. Выявлены физические модели наиболее близко соответствующие физическим процессам, идущим в этих устройствах. Найдено сходство и различие эффектов, возникающих при работе вихревых труб и трубы Гартмана–Шпренгера. Приведено доказательство влияния вязкости на эффект Ранка и взаимодействие газов в трубе Гартмана–Шпренгера. Приведены закономерности изменения полного давления и полной температуры в вихревой трубе и трубе Гартмана–Шпренгера. Определены факторы, влияющие на энергообмен в вихревой трубе и трубе Гартмана–Шпренгера. Выявлено влияние на эффект Ранка и трубу Гартмана–Шпренгера обмена работой и теплотой. Найден механизм передачи энергии между слоями газа в вихревой трубе и в тупиковой полости Гартмана–Шпренгера. Ключевые слова: эффект Ранка, вихревая труба, труба Гартмана–Шпренгера, энергообмен, вязкость, градиент угловых скоростей, градиент линейных скоростей. |
61–70 |
|
Е. В. Леун, А. А. Поляков, С. А. Защиринский, В. К. Сысоев, К. М. Пичхадзе, В. В. Шалай Некоторые особенности ударного внедрения пенетраторов в грунт небесных тел DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-71-79 В статье обсуждаются условия возникновения так называемого инерциального взрыва при ударном внедрении металлического пенетратора с аппаратурой для научных исследований в грунт небесных тел и меры по недопущению этого. Показано, что основным параметром, определяющим возможность возникновения инерциального взрыва у металлических пенетраторов, является критическая перегрузка Gкр, превышающая определенное пороговое значение, индивидуальное каждому металлу. Обсуждаются вопросы влияния криогенных температур космических условий эксплуатации пенетраторов на снижение критической перегрузки Gкр. Рассматриваются способы компенсации или минимизации этих негативных особенностей. Определены значения критической перегрузки Gкр, соответствующие земным и космическим условиям эксплуатации для ряда сплавов и высокочистых металлов, широко используемых в ракетно-космической технике. Также оценивается уровень максимальной перегрузки, выдерживаемой научной аппаратурой, для современного уровня развития технологий. Ключевые слова: космические исследования, небесное тело, пенетратор, ударное внедрение, высокоскоростной удар, перегрузка, критическая скорость, подповерхностный грунт, инерциальный взрыв. |
71–79 |
|
Г. С. Русских, С. В. Шалыгин Алгоритм формирования внутренней структуры изделия с учетом напряженно-деформированного состояния на примере трехточечного изгиба DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-80-85 Работа посвящена оптимизации массы образца, полученного методом 3D печати с сохранением механической прочности и жесткости. Предложен алгоритм оптимизации его внутренней структуры, в основе — использование изоповерхностей эквивалентных напряжений, полученных на предварительно рассчитанном напряженно-деформированном состоянии образца в упругой изотропной постановке. Численным моделированием в ANSYS Workbench получены результаты, показывающие работоспособность оптимизированной конструкции на примере задачи трехточечного изгиба. Приведено сравнение результатов численного моделирования оптимизированного и монолитного образцов в упругой изотропной постановке. Ключевые слова: аддитивные технологии, оптимизация внутренней структуры, напряженно-деформированное состояние, 3D печать, механические свойства, снижение массы. |
80–85 |
|
А. В. Купряшов Исследование динамики и жёсткости многофункционального покрытия защитного элемента летательного аппарата DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-86-94 В статье с помощью конечно-элементного исследования численно решена задача динамического поведения многофункционального покрытия защитного элемента летательного аппарата, также определено значение жесткости конструкции. В результате модального анализа определены собственные и вторичные формы колебаний многофункционального покрытия защитного элемента летательного аппарата, получено распределение эффективных модальных масс. Представленные в работе результаты позволяют обоснованно анализировать поведение как всей защитной системы, так и отдельных элементов конструкции летательного аппарата, состоящих из нанесенного на внешней поверхности многофункционального покрытия в эксплуатационных условиях, и повысить эффективность разработки новых конструкций и структур композиционного покрытия полифункционального назначения, защитных элементов и материалов космической и авиаракетной техники. Ключевые слова: метод конечных элементов, жесткость, численное моделирование, частота колебаний, модальный анализ, многофункциональное покрытие. |
86–94 |
|
Д. А. Савчин, В. П. Назаров Разработка и анализ модели процесса получения напорной характеристики центробежных насосов жидкостных ракетных двигателей DOI: 10.25206/2588-0373-2021-5-1-95-100 Статья посвящена моделированию процесса снятия напорной характеристики насосов жидкостных ракетных двигателей для определения перспективы внедрения автоматизированных гидравлических испытаний в производство жидкостных ракетных двигателей с целью повышения их надежности и снижения трудоемкости изготовления. В рамках работы создана симуляция процесса определения напорной характеристики в автоматизированном и неавтоматизированном вариантах. Полученные данные показывают значительное снижение погрешности результатов испытаний при автоматизации процесса при одновременном снижении трудоемкости. Ключевые слова: автоматизация, гидродинамические испытания, насосы ЖРД , напорная характеристика, пьезорезистивный датчик давления, математическая модель. |
95–100 |