Журналов:     Статей:        

Аэрокосмический научный журнал. 2017; 3: 15-22

Совершенствование технологии проведения тепловых испытаний технологического оборудования автономных комплексов

Чугунков В. В., Плотников И. С.

https://doi.org/10.24108/rdopt.0117.0000054

Аннотация

Условия эксплуатации автономных объектов технических комплексов различного назначения тесно связаны с повышенными значениями рабочих температур. Данное обстоятельство требует проведения предварительных тепловых испытаний технологического оборудования. В работе [1] рассмотрены условия проведения тепловых испытаний, при которых элементы испытываемого оборудования помещаются в резервуар с нагретой водой, накрытый сферическими изоляторами, а затем выдерживаются в течении требуемого времени в заданном интервале температур системой автоматического поддержания температур при использовании блока нагревателей. Подобный способ проведения тепловых испытаний оборудования позволяет снизить, но не исключить полностью потоки массы воды от испарения при уменьшении энергопотребления испытательного оборудования.

Несмотря на достигнутые результаты, даже незначительное присутствие паров воды при проведении тепловых испытаний может привести к выводу из строя оборудования. Поэтому существует потребность модернизации испытательного оборудования с целью полной ликвидации потоков массы воды и повышения энергоэффективности в процессе проведения испытаний. С этой целью предложено расположить на открытой водной поверхности испытательной емкости трехслойную воздушно-пузырьковую пленку.

Для обоснования эффективности предложенного варианта разработана математическая модель тепломассообменных процессов, возникающих при проведении тепловых испытаний, с учетом геометрических и теплофизических характеристик испытательной емкости, пленки и оборудования. С использованием закономерностей и уравнений тепломассообмена определены мощности, необходимые для нагревания резервуара с водой и оборудованием до требуемого диапазона температур за заданное время, а также потоки массы воды при испарении с поверхности резервуара.

На основании полученных результатов проанализирована эффективность применения трехслойной воздушно-пузырьковой пленки по сравнению со сферическими изоляторами в качестве элементов покрытия поверхности испытательного резервуара.

Применение предложенного покрытия в виде пленки позволило практически полностью ликвидировать потери массы воды на испарение и почти в 8 раз снизить тепловые потери через поверхность воды испытательного резервуара и снизить более чем в два раза затраты энергии на проведение испытаний и кондиционирование помещения, в котором эти испытания проводятся.

Список литературы

1. Плотников И.С., Чугунков В. В. Моделирование тепломассообменных процессов при испытаниях технологического оборудования автономных комплексов // Инженерный журнал: наука и инновации. Электрон. журн. 2016. № 10. DOI 10.18698/2308-6033-2016-10-1540

2. Золин А.В., Чугунков В.В. Моделирование процессов температурной подготовки ракетного горючего в системе заправки стартового комплекса // Аэрокосмический научный журнал. Электрон. журн. 2015. № 6. DOI: 10.7463/aersp.0615.0826690

3. Денисова К.И., Чугунков В.В. Моделирование процессов охлаждения и нагрева ракетного топлива во внутреннем пространстве емкостей наземных комплексов // Аэрокосмический научный журнал. Электрон. журн. 2016. № 1. DOI: 10.7463/aersp.0116.0834621

4. Алейников А.Е., Федоров А.Б. Испарение влаги с водных поверхностей в условиях крытых аквапарков. Режим доступа: htpp://studydoc.Ru/doc/688964/isparenie-vlagi-s-vodnyh-poverhnostej-v-ucloviyah-krytyh

5. Расчет вентиляции бассейна. Режим доступа: http://svoservice.ru/poleznye-stati/raschjot-ventilyatsii-bassejna (дата обращения 22.10.2016).

6. Лобасова М.С., Миловидова Т.А., Минаков А.В. Тепломассообмен. Банк тестовых заданий. [Электрон. ресурс]: контрольно-измерительные материалы. Красноярск: СФУ, 2009. 1 электрон. опт. диск (DVD).

7. Цветков Ф.Ф., Керимов Р.В., Величко В.И. Задачник по тепломассообмену: Учебное пособие для вузов. 2-е изд. Москва: Изд-во МЭИ, 2008. 195 с.

8. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов. 2-е изд. Москва: Изд-во МЭИ, 2005. 548 с.

9. Кузнецов Г.В., Максимов В.И., Шеремет М.А. Естественная конвекция в замкнутом параллелепипеде при наличии локального источника энергии // Прикладная механика и техническая физика. 2013. Т. 54. № 4 (320). С. 86-95. Режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp?id=20181192 (дата обращения 27.10.2016).

10. Bower S.M., Saylor J.R. A study of the Sherwood–Rayleigh relation for water undergoing natural convection-driven evaporation // Intern. J. of Heat and Mass Transfer. 2009. Vol. 52. Iss. 13-14. Pp. 3055–3063. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.01.034

11. Bower S.M., Saylor J.R. Sherwood–Rayleigh parameterization for evaporation in the presence of surfactant monolayers // AIChE J. 2013. Vol. 59. № 1. Pp. 303-315. DOI: 10.1002/aic.13792

12. Баскаков А.П., Берг Б.В., Витт О.К. и др. Теплотехника: Учебник для вузов / Под ред. А. П. Баскакова. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1991. 224 с.

Aerospace Scientific Journal. 2017; 3: 15-22

Improving the Thermal Testing Technology of Technological Equipment of Autonomous Complexes

Chugunkov V. V., Plotnikov I. S.

https://doi.org/10.24108/rdopt.0117.0000054

Abstract

The environmental conditions of autonomous objects of different-purpose technical complexes are in close relationship with increased values of operating temperatures. This requires thermal pretesting of the process equipment. The publication [1] considers the thermal test conditions in which the equipment elements under test are placed in a heated water tank covered by the globe insulators where, under automatic temperature control using a block of heaters, they are then kept for a specified period of time at a specified temperature range. Such an approach to the thermal tests of equipment allows us to reduce, but not eliminate completely the mass flows of water from evaporation with reducing power consumption of test equipment.

Despite the results achieved, even a little bit of water vapor available when conducting the thermal tests may cause a failure of equipment. Therefore, there is a need in test equipment modernization for complete eliminating the fluxes of mass water and better power consumption in the test process. To this end, it is proposed to place a three-layer bubble wrap on the open surface of water.

To justify an efficiency of the proposed option was developed a mathematical model of heat and mass transfer processes that occur during thermal tests, taking into account the geometric and thermo-physical characteristics of test tank, polymer film, and equipment. Using the laws and equations of heat and mass transfer enabled us to determine the required capacities for heating the tank with water and equipment to the required temperature range for a specified time, as well as the mass flows of water when evaporating from the tank surface.

The efficiency of the three-layer bubble film as compared with the globe insulators as the elements for covering the test tank the surface has been analysed on the basis of the results obtained.

The proposed film coating allowed almost complete elimination of evaporation losses of water mass and almost 8 times reduction of heat losses through the water surface of the test tank and more than 2 times reduction of power consumption for tests and air-conditioning of the room where these tests were carried out.

References

1. Plotnikov I.S., Chugunkov V. V. Modelirovanie teplomassoobmennykh protsessov pri ispytaniyakh tekhnologicheskogo oborudovaniya avtonomnykh kompleksov // Inzhenernyi zhurnal: nauka i innovatsii. Elektron. zhurn. 2016. № 10. DOI 10.18698/2308-6033-2016-10-1540

2. Zolin A.V., Chugunkov V.V. Modelirovanie protsessov temperaturnoi podgotovki raketnogo goryuchego v sisteme zapravki startovogo kompleksa // Aerokosmicheskii nauchnyi zhurnal. Elektron. zhurn. 2015. № 6. DOI: 10.7463/aersp.0615.0826690

3. Denisova K.I., Chugunkov V.V. Modelirovanie protsessov okhlazhdeniya i nagreva raketnogo topliva vo vnutrennem prostranstve emkostei nazemnykh kompleksov // Aerokosmicheskii nauchnyi zhurnal. Elektron. zhurn. 2016. № 1. DOI: 10.7463/aersp.0116.0834621

4. Aleinikov A.E., Fedorov A.B. Isparenie vlagi s vodnykh poverkhnostei v usloviyakh krytykh akvaparkov. Rezhim dostupa: htpp://studydoc.Ru/doc/688964/isparenie-vlagi-s-vodnyh-poverhnostej-v-ucloviyah-krytyh

5. Raschet ventilyatsii basseina. Rezhim dostupa: http://svoservice.ru/poleznye-stati/raschjot-ventilyatsii-bassejna (data obrashcheniya 22.10.2016).

6. Lobasova M.S., Milovidova T.A., Minakov A.V. Teplomassoobmen. Bank testovykh zadanii. [Elektron. resurs]: kontrol'no-izmeritel'nye materialy. Krasnoyarsk: SFU, 2009. 1 elektron. opt. disk (DVD).

7. Tsvetkov F.F., Kerimov R.V., Velichko V.I. Zadachnik po teplomassoobmenu: Uchebnoe posobie dlya vuzov. 2-e izd. Moskva: Izd-vo MEI, 2008. 195 s.

8. Tsvetkov F.F., Grigor'ev B.A. Teplomassoobmen: Uchebnoe posobie dlya vuzov. 2-e izd. Moskva: Izd-vo MEI, 2005. 548 s.

9. Kuznetsov G.V., Maksimov V.I., Sheremet M.A. Estestvennaya konvektsiya v zamknutom parallelepipede pri nalichii lokal'nogo istochnika energii // Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika. 2013. T. 54. № 4 (320). S. 86-95. Rezhim dostupa: http://elibrary.ru/item.asp?id=20181192 (data obrashcheniya 27.10.2016).

10. Bower S.M., Saylor J.R. A study of the Sherwood–Rayleigh relation for water undergoing natural convection-driven evaporation // Intern. J. of Heat and Mass Transfer. 2009. Vol. 52. Iss. 13-14. Pp. 3055–3063. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.01.034

11. Bower S.M., Saylor J.R. Sherwood–Rayleigh parameterization for evaporation in the presence of surfactant monolayers // AIChE J. 2013. Vol. 59. № 1. Pp. 303-315. DOI: 10.1002/aic.13792

12. Baskakov A.P., Berg B.V., Vitt O.K. i dr. Teplotekhnika: Uchebnik dlya vuzov / Pod red. A. P. Baskakova. 2-e izd. M.: Energoatomizdat, 1991. 224 s.