ЛЕКЦИЯ 7. Двухфазные потоки в элементах жидкостных технических систем

КУРС 1

Двухфазные потоки в элементах жидкостных технических систем

Содержание

1. Условия генерации двухфазных потоков в гидравлических трактах открытых ЖТС

1.1. Открытые ЖТС

1.2. Криогенные трубопроводы

2. Генерация внешних двухфазных потоков:

· двигательные системы;

· технологические и аварийные сливы;

· формирование в вакууме целенаправленных жидких струй.

3. Виды двухфазных потоков. Определения, терминология, характеристики.

4. Технологические проявления двухфазных потоков:

· вибрация трубопроводов, транспортирующих двухфазные потоки;

· гидроудар;

· структура двухфазного потока в условиях невесомости;

· активные методы воздействия на структуру двухфазного потока;

· пример перестройки структуры двухфазного потока (дренажная система);

· диагностирование структуры двухфазного течения.

5. Критическое истечение двухфазной среды.

Приложение

1. Рис. 1. Факел выбросов от ЖРДМТ

2. Таблица технологических процессов по использованию струй в космосе.

3. Таблица технологических сбросов из систем КА.

4. Рис. 2. Структуры двухфазного потока.

5. Рис. 3. Определение плотности смеси.

6. Рис. 4. Структура стационарного потока.

7. Рис. 5

8. Рис. 6 Характеристики гидроудара

9. Рис. 7.

10. Рис. 8. Перепад давления в дренажной системе.

11. Рис. 9. Осредняющая вставка.

12. Рис. 10. Демонстрация эффекта вставки.

13. Рис. 11 Зависимсти, демонстрирующие факт и характеристики

14. Рис. 12 критического истечения двухфазной среды

Условия генерации двухфазных потоков в гидравлических трактах открытых ЖТС

1.1. Открытые ЖТС

Жидкостные технические системы (ЖТС) играют определяющую роль в обеспечении характеристик современных космических аппаратов (KA) и космических комплексов (KK). Привести примеры: СЖО, СТР, повторные запуски ЖРД. В связи с этим, разработчики KA неизбежно сталкиваются с необходимостью решать уникальные проблемы, обусловленные использованием жидкости на космическом аппарате. Это обстоятельство определяет актуальность систематических исследований взаимодейст­вия открытых технических жидкостных систем с окружающей средой, т.е. исследование тех физических процессов, которые развиваются под воздействием окружающей среды во внутренних полостях гидравлических трактов ЖТС, в свободной струе и при контакте выбросов с поверхностями инфраструктуры KK.

Следует напомнить, что понятие "окружающая среда" имеет фундаментальное значение в термодинамическом анализе условий взаимодействия технических систем с внешней средой.

Потенциалы окружающей среды неизбежно влияют на характеристики открытой ЖТС. Это особенно принципиально для энергетических систем, реакция которых на внеш­нее воздействие выражается через зарождение и развитие процессов, сопряженных с энерге­тическими превращениями, связанными в первую очередь с фазовыми переходами первого рода.

Открытые ТС, т.е. системы, обменивающиеся с окружающей средой массой, можно условно разделить на два вида.

1. ЖТС, работающие по открытому циклу, т.е. когда внутренние полости гидравлического тракта системы детерминированно (по определенной программе) сообщаются с окру­жающей средой. В этом случае актом разгерметизации системы может быть инициативное открытие запорного агрегата (например, пуско-отсечного клапана), срабатывание дренажного клапана бака хранения жидкого топлива или расстыковка ра­нее герметичного соединения, например, при дозаправке, расстыковке гидравлических магистралей блоков или модулей при их разделении, смене гидросоединений (это относится к ремонтным работам). К открытым системам относятся:

- космические двигательные установки с ЖРД многократного включения;

- реактивные системы управления KA или KK на основе ЖРД МТ;

- системы и узлы заправки и дозаправки KA на орбите;

- системы энергопитания с использованием химических генераторов, продуцирующих воду, которую необходимо сбрасывать за борт КА;

- системы терморегулирования с разомкнутым контуром и системы централизованного теплоотвода (нужно отметить эту проблему, т.к. существует ограничение по радиаторных устройств по возможности сброса тепла в окружающую среду);

- системы жизнеобеспечения с открытым циклом поддержания технически (и физиологически) необходимых параметров;

- системы утилизации отходов жизнедеятельности экипажей и эксплуатации оборудования (здесь тоже присутствует необходимость сброса за борт жидких отходов).

2. ЖТС, постоянно испытывающие воздействие окружающей среды. К ним относятся по­ристые рабочие элементы, гермоуплотняющие узлы и механизмы (например, гидроразъемы и отсечные клапаны, где уплотняющую пару можно рассматривать как пористое тело), открытые поверхности, на которых происходят процессы конденсации-испарения (сублимации).

Закрытые ТС, в которых рабочие процессы организованы без целенаправленного обмена рабочим веществом с окружающей средой, в различного рода нештатных ситуациях, обусловленных, например, разрывом или разгерметизацией контура, могут также подвергаться воздействию окружающей среды (случайное снятие изоляции).

Состояние системы характеризуется значениями определенного набора физических величин (координат состояния). Окружающая среда характеризуется потенциалами взаимодействия, вызывающими изменение координаты состояния системы.

Из всего спектра физических свойств, характеризующих космическое пространство, можно выделить следующие основные факторы, способные влиять на зарождение и развитие двухфазных потоков в открытых ЖТС и обусловить их специфику

1. Глубокое разрежение.

2. Отсутствие поля массовых сил.

Проблема исследования процессов при взаимодействии ЖТС с окружающей косми­ческой средой осложняется тем, что отмеченные факторы космического пространства в ор­битальных условиях действуют одновременно, а наземные средства имитации полетных условий в этом смысле ограничены.

Рассмотрим термодинамическое воздействие окружающей среды на техническую систему

При наличии разности одноименных потенциалов системы и окружающей среды, со­измеримой с их абсолютными значениями, в системе будут происходить нестационарные процессы, обусловленные неравновесным взаимодействием.

Энергетически акт неравновесного взаимодействия системы с окружающей средой интерпретируется как процесс обмена энергией между системой и внешним источником, что неизбежно связано с изменением внутренней энергии системы.

Рассмотрим работу открытых ЖТС в вакууме, т.е. в условиях неравновесного деформационного взаимодействия системы с окру­жающей средой.

Дата добавления: 2014-01-07