Другие журналы
Сетевое издание Математика и математическое моделирование

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл. № ФС 77-61857. ISSN 2412-5911

Математическое моделирование температурного состояния оболочки цилиндрической криогенной емкости при заполнении и опорожнении

Математика и математическое моделирование # 06, декабрь 2015
DOI: 10.7463/mathm.0615.0829350
Файл статьи: Mathm_Dec2015_044to060.pdf (430.27Кб)
авторы: профессор Зарубин В. С.1,*, Зимин В. Н.1, профессор Кувыркин Г. Н.1

УДК 536.2

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия


Жидкие кислород и водород находят применение в качестве окислителя и горючего для жидкостных ракетных двигателей. Сжиженный природный газ, основой которого является метан, рассматривается как перспективное моторное топливо для двигателей внутреннего сгорания. Одной из технических проблем, возникающих при использовании указанных криогенных жидкостей, является создание емкостей для их хранения, транспортировки и применения в двигательных установках. При проектировании и эксплуатации таких емкостей необходимо располагать достоверной информацией об их температурном состоянии, от которого зависят потери криогенных жидкостей за счет испарения и напряженно-деформированное состояние элементов конструкции емкостей.
Неравномерное распределение температуры вдоль образующей тонкостенной оболочки цилиндрического криогенного ракетного бака, локализованное в зоне уровня криогенной жидкости, приводит к искривлению оболочки и снижению допустимой осевой нагрузки, к возникновению опасности потери устойчивости оболочки при подготовке ракеты к старту и в полете с растущим ускорением. Перемещение уровня криогенной жидкости в процессе заполнения или опорожнения бака при определенном сочетании параметров приводит к увеличению локальной неравномерности распределения температуры.
Наряду с экспериментальным изучением температурного состояния оболочки криогенной емкости необходимая при проектировании и отработке конструкции криогенных баков информация может быть получена методами математического моделирования. В данной работе с учетом особенностей теплообмена в криогенной емкости, в том числе при кипении криогенной жидкости на внутренней поверхности этой емкости, построена математическая модель, описывающая температурное состояние тонкостенной оболочки цилиндрического криогенного бака при его заполнении и опорожнении и представлен количественный анализ этой модели для случаев неподвижного уровня жидкости, его перемещения с постоянной скоростью и гармонических колебаний относительно некоторого среднего положения. Количественный анализ этой модели позволил установить предельные варианты квазистационарного распределения температуры вдоль образующей оболочки в подвижной системе координат при возрастании скорости заполнения или опорожнения емкости. Решение методом интегрального преобразования Лапласа нестационарной задачи теплопроводности в подвижной системе координат для несмоченной части оболочки емкости использовано для оценки времени установления квазистационарного распределения температуры в этой части оболочки.

Список литературы
  1. Феодосьев В.И. Основы техники ракетного полета. М.: Наука, 1979. 496 с.
  2. Ковалев Б.К. Развитие ракетно-космических систем выведения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2014. 400 с.
  3. Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания / Под общ. ред. А.А. Александрова, В.А. Маркова. М.: ООО НИЦ "Инженер", ООО "Онико-М", 2012. 791 c.
  4. Горбачев С.П., Коледова К.И., Красноносова С.Д. Термодинамические модели заправки резервуара криогенной жидкостью // Технические газы. 2011. № 5. C. 32-40.
  5. Балабух Л.И., Колесников К.С., Зарубин В.С., Алфутов Н.А., Усюкин В.И., Чижов В.Ф. Основы строительной механики ракет. М.: Высшая школа, 1969. 496 с.
  6. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Математическое моделирование термомеханических процессов при интенсивном тепловом воздействиии // Теплофизика высоких температур. 2003. Т. 41. № 2. С. 300-309.
  7. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н. Особенности математического моделирования технических устройств // Математическое моделирование и численные методы. 2014. Т. 1 № 1-1. С. 5--17.
  8. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М.: Госэнергоиздат, 1958. 414 с.
  9. Физические величины: Справочник / Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
  10. Малков М.П., Данилов И.Б., Зельдович А.Г., Фрадков А.Б. Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. М.П.~Малкова. М.: Энергоатомиздат, 1985. 432 с.
  11. Теория тепломассообмена / Под ред. А.И. Леонтьева. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. 683 с.
  12. Григорьев В.А., Павлов Ю.М., Аметистов Е.В. Кипение криогенных жидкостей / Под ред. Д.А. Лабунцова. М.: Энергия, 1977. 289 с.
  13. Веркин Б.И., Кириченко Ю.А., Русанов К.В. Теплообмен при кипении криогенных жидкостей. Киев: Наукова думка, 1987. 240 с.
  14. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск: Наука, 1970. 659 с.
  15. Зарубин В.С. Температурные поля в конструкции летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1966. 216 с.
  16. Черкасов С.Г., Моисеева Л.А. Влияние продольного перетока тепла на распределение температуры в движущемся ребре при скачкообразном распределении коэффициента теплообмена // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53. № 5. С. 807--809.
  17. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. 488 с.
  18. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. 600 с.
  19. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высшая школа, 2001. 550 с.

 


Тематические рубрики:
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2018 «Математика и Математическое моделирование» Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)