Математическое моделирование и оптимизация систем тепловых труб

Математическое моделирование и оптимизация систем тепловых труб

Автор: Соколов Н.Ю., Кулагин В.А., Нестеров Д.А.

Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu

Статья в выпуске: 7 т.14, 2021 года.

Бесплатный доступ

Изложены результаты оптимизации несущей конструкции блока бортовой радиоэлектронной аппаратуры со встроенной одиночной плоской тепловой трубой в несущую конструкцию со встроенной системой тепловых труб на примере решения модельной задачи с одним источником тепла. Сравнение проведено при равной температуре, занимаемом объеме и для определенной максимальной температуры электрорадиоизделий. Приведены результаты вычислительного моделирования, демонстрирующие сравнение характеристик одиночной плоской тепловой трубы с системой последовательно расположенных плоских тепловых труб. В конечном итоге проведенных исследований были выявлены предельные значения отводимой тепловой мощности одиночной тепловой трубы, двухуровневой и трехуровневой систем тепловых труб с разными теплоносителями. Подтверждена универсальность математической модели, дополненной методом оптимизации.

Еще

Плоская тепловая труба, система тепловых труб, охлаждение радиоэлектронной аппаратуры, высокая плотность тепловой мощности

Короткий адрес: https://sciup.org/146282350

IDR: 146282350   |   DOI: 10.17516/1999-494X-0352

Список литературы Математическое моделирование и оптимизация систем тепловых труб

  • Дан П. Д., Рей Д. А. Тепловые трубы: пер. с англ. М.: Энергия, 1979. 272 с. [Dan P. D., Ray D. A. Heat Pipes. (transl. from English). M., Energiya, 1979. 272 p. (in Russian)]
  • Деревянко В. А., Нестеров Д. А., Косенко В. Е. и др. Плоские тепловые трубы для отвода тепла от электронной аппаратуры в космических аппаратах. Вестник СибГАУ. 2013. 6(52). 111-116 [Derevyanko V. A., Nesterov D. A., Kosenko V. E., et al. Flat heat pipes for cooling spacecraft electronics, VestnikSibGAU, 2013, 6(52), 111-116 (in Russian)]
  • Лукс А. Л., Матвеев А. Г. Анализ основных расчетных и экспериментальных тепло-физических характеристик аммиачных тепловых труб повышенной тепловой проводимости из алюминиевых сплавов. Вестник СамГУ. Естественнонаучная серия, 2008, 3(62), 331-357. [Luks A. L., Matveev A. G. Analysis of the main calculated and experimental thermophysical characteristics of ammonia heat pipes of increased thermal conductivity from aluminum alloys. SamSUBulletin. Natural science series, 2008, 3(62), 331-357 (in Russian)]
  • Лукс А. Л., Матвеев А. Г., Зеленцов Д. В. Методика расчета тепловых труб, отводящих тепло от тепловыделяющей поверхности. Градостроительство и архитектура, 2018, 8, 1(30), 35-39 [Luks A. L., Matveyev A. G., Zelentsov D. V. Procedure to calculate heat pipes transporting heat from heat dissipating surface, Gradostroitelstvo i arkhitektura, 2018, 8, 1(30), 35-39 (in Russian)]
  • Пат. 2403692 РФ, МПК Н05К 1/00, Н05К 7/20. Модуль радиоэлектронной аппаратуры с гипертеплопроводящим основанием. Сунцов С. Б., Косенко В. Е., Деревянко В. А.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва».- № 2009116488/07; заявл. 29.04.2009; опубл. 10.11.2010, Бюл. № 31 [Pat. 2403692 RF, IPC N05K 1/00, N05K 7/20. Radio electronic equipment module with a hyperthermal base. Suntsov S. B., Kosenko V. E., Derevianko V. A.; Applicant and patent holder «Information Satellite Systems» named after academician M. F. Reshetnev» Open Joint Stock Company. - No. 2009116488/07; declared 04/29/2009; publ. 10.11.2010, Bul. No. 31 (in Russian)]
  • Козулин И. А. Экспериментальное исследование газожидкостного течения в микроканалах с различной ориентацией. Автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2013. 23 с. [Kozulin I. A. Experimental study of gas-liquid flow in microchannels with different orientations. Abstract of thesis. dis. ... Cand. physical-mat. Sciences. Novosibirsk, 2013. 23 p. (in Russian)]
  • Кузнецов Г. В., Санду С. Ф. Численное моделирование теплофизических процессов в приборных отсеках современных искусственных спутниках Земли. Теплофизика и аэромеханика. 1998. 5(3). 469-477 [Kuznetsov G. V., Sandu S. F. Numerical modeling of thermophysical processes in instrument compartments of modern artificial earth satellites. Thermal physics and aeromechanics. 1998. 5(3). 469-477 (in Russian)]
  • Kuznetsov G. V., Sandu S. F. Special features of the thermophysical modeling of instrument cubicles of spaceraft. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2001, 74(6), 1431-1436
  • Китаев А. И., Лукс А. Л., Порядин А. В. Тепловые трубы повышенной тепловой проводимости как базовые элементы системы терморегулирования в аэрокосмической технике. Вестник СамГУ, 2009, 3-2(19), 98-101 [Kitaev A. I., Lux A. L., Poryadin A. V. Heat pipes with increased thermal conductivity - as basic elements of a thermal control system in aerospace engineering. SamSU Bulletin. 2009. 3-2 (19). 98-101 (in Russian)]
  • Бирюк В. В., Китаев А. И. Применение тепловых труб для охлаждения РЭА. Вестник СамГУ, 2009, 3-2(19), 342-345 [Biryuk V. V., Kitayev A. I. Heat pipe application in electronics cooling. Vestnik SamGU, 2009, 3-2(19), 342-345 (in Russian)]
  • Кулагин В. А., Соколов Н. Ю. Разработка оборудования для тестирования тепловых труб. Журнал Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии. 2015. 8(6). 774-785. DOI: 10.17516/1999-494X-2015-8-6-774-785 [Kulagin V. A., Sokolov N. Yu. Development of equipment to test heat pipes J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol. 2015, 8(6), 774-785. DOI: 10.17516/1999-494X-2015-8-6-774-785 (in Russian)]
  • Кулагин В. А., Соколов Н. Ю. Совершенствование оборудования для проверки Т-образных плоских тепловых труб. Безопасность и живучесть технических систем: Материалы и доклады V Всероссийской конференции: в 3 т. (Красноярск, 12-16 октября 2015). Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015. Т. 2. 10-21 [Kulagin V. A., Sokolov N. Yu. Upgrading of testing equipment for T-shaped flat heat pipes. Safety and Survivability of Engineering Systems: Materials and Proceedings of V All-Russian conference: in 3 volumes. (Krasnoyarsk, October 12-16, 2015). Krasnoyarsk: Sib. Fed. Univ. 2015. V. 2. 10-21 (in Russian)]
  • Kulagin V. A., Sokolov N. Yu. Improving the of thermophysical characteristics of heat pipes. J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol, 2017, 10(3), 372-376. DOI: 10.17516/1999-494X-2017-10-3-372-376.
  • Кулагин В. А., Соколов Н. Ю. Численное исследование характеристик тепловых труб в составе радиоэлектронного оборудования космических аппаратов. Журнал Сиб. федер. унта. Техника и технологии. 2015. 8(6). 769-773. DOI: 10.17516/1999-494X-2015-8-6-769-773 [Kulagin V. A., Sokolov N. Yu. Numerical analysis of characteristics of heat pipes in spacecraft electronics. J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol. 2015, 8(6), 769-773. DOI: 10.17516/1999-494X-2015-8-6-769-773 (in Russian)]
  • Кулагин В. А., Соколов Н. Ю. Математическое моделирование режимов работы тепловых труб в составе радиоэлектронного оборудования космических аппаратов. Безопасность и живучесть технических систем: Матер. и докл. V Всерос. конф.: в 3 т. (Красноярск, 1216 октября 2015). Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015. Т. 2. 6-10 [Kulagin V. A., Sokolov N. Yu. Mathematical modeling of operating modes of heat pipes in the composition of radio-electronic equipment of spacecraft, Safety and survivability of technical systems: Mater. and reports. V All-Russian Conf.: in 3 vol. (Krasnoyarsk, October 12-16, 2015). Krasnoyarsk: Sib. Feder. un-t, 2015. T. 2. 6-10 (in Russian)]
  • Кулагин В. А., Соколов Н. Ю. Физико-математическое моделирование предельных характеристик системы тепловых труб в составе радиоэлектронного оборудования космических аппаратов. Безопасность и мониторинг техногенных и природных систем: Матер. и докл. VIВсерос. конф. (Красноярск, 18-21 сент. 2018), Красноярск: СФУ, 2018. 205-210 [Kulagin V. A., Sokolov N. Yu. Physical mathematical modeling of operating limits of a system of heat pipes in spacecraft electronics. Safety and monitoring of technogenic and natural systems: Materials and Proceedings of VI All-Russian Conf. (Krasnoyarsk, Sept.18-21, 2018), Krasnoyarsk: SFU, 2018. 205210 (in Russian)]
  • Чи С. Тепловые трубы: теория и практика. М.: Машиностроение, 1981. 207 с. [Chi S. Heat pipes: theory and practice. М., Mashinostroyeniye, 1981. 207 p. (in Russian)]
  • Faghri A. Heat pipe science and technology. UK: Taylor and Frances. 1995. 978 p.
  • Fahgiri, A. (2014) Heat Pipes, Review, Opportunities and Challenges. Frontiers in Heat Pipes (FHP), 5, 1-48. Doi.org/10.5098/fhp.5.1.
  • Faghri A. Heat pipe science and technology. Global Digital Press, 2016. 1013 p.
  • Bahman Zohuri Heat Pipe Design and Technology. Modern Applications for Practical Thermal Management. Springer International Publishing Switzerland, 2016. 513 p. DOI 10.1007/978-3-319-29841-2_7.
  • Shukla, K.N. (2015) Heat Pipe for Aerospace Applications - An Overview. Journal of Electronics. Cooling and Thermal Control, 5, 1-14. http://dx.doi.org/10.4236/jectc.2015.51001.
  • Соколов Н. Ю., Кулагин В. А., Нестеров Д. А. Система тепловых труб в составе радиоэлектронного оборудования космического аппарата. Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии, 2021, 14(4). 363-377. DOI: 10.17516/1999-494X-0317 [Sokolov N. Yu., Kulagin V. A., Nesterov D. A. Heat pipe system as a component of spacecraft electronics, J. Sib. Fed. Univ. Eng. & Technol, 2021, 14(4), 363-377. DOI: 10.17516/1999-494X-031 (in Russian)]
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp