Отчет ИВМ СО РАН за 2013 год

Федеральные программы

• Федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012–2020 годы»
• Федеральная целевая программа «Развитие электронной компонентной базы и электроники на 2008–2015 годы»
• Федеральная целевая программа «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на 2011–2020 годы»
• Федеральная целевая программа «Федеральная космическая программа России на 2006–2015 годы»
• Тема «Термодинамический анализ СТР с двухфазным контуром с пассивной циркуляцией теплоносителя»
• Тема «Разработка теплофизических моделей гипертеплопроводящих пористых структур и автоматизированных рабочих мест испытаний»
• Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы
• Комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства, выполняемые с участием российских высших учебных заведений

Федеральная целевая программа «Федеральная космическая программа России на 2006–2015 годы»

Работы выполняются в рамках государственного контракта №307–5703/11 от 18.04.2011 г. между ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева и Федеральным космическим агентством.

Руководитель: к.ф.-м.н. В. А. Деревянко

Этап 2. Разработка термодинамической модели системы терморегулирования (СТР) с двухфазным контуром (ДФК-СТР) с пассивной циркуляцией теплоносителя.

Проведено вычислительное моделирование двухфазного теплового контура (контурной тепловой трубы) с пассивной циркуляцией теплоносителя. В качестве объекта моделирования использованы опытные образцы ДФК-СТР, на которых ранее были проведены эксперименты в ОАО «ИСС». Целями моделирования являлись:

• cравнение результатов расчетов с экспериментальными данными и оценка качества описания теплофизических процессов в рассматриваемых контурах используемой модели;
• анализ работы контура, исследование автоколебательных явлений;
• исследование влияния характеристик элементов контура на колебательные процессы.

Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало их хорошее соответствие. Вычислительная модель описывает наблюдаемые на экспериментальных образцах автоколебательные явления и может использоваться как инструмент исследования работы двухфазных тепловых контуров в динамике. Выявлено, что колебания температур и давления являются результатом периодического выталкивания холодного конденсата и паровой фазы из конденсатора в компенсационную полость. Условия для возникновения такого рода автоколебательных процессов определяются в первую очередь характеристиками конденсатора, а также низкой величиной утечек теплоты в компенсационную полость.

Результаты моделирования показали, что дополнительный подвод теплоты к компенсационной полости приводит к более устойчивой работе контура (рис. II.3). Использование нагревателя компенсационной полости позволяет увеличить температуру пара и ускорить его конденсацию, а также увеличить часть канала конденсатора, заполненную жидким теплоносителем (длину области переохлаждения). Использование нагревателя компенсационной полости также позволяет осуществлять регулировку температуры источника теплоты.

Рис. II.3. Результаты моделирования работы контура с кондуктивным подводом теплоты

Этап 4. Определение температурных полей макета бортовой РЭА на тепловакуумном стенде.

Разработан и изготовлен макет бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в соответствии с «Исходными данными на тепловое проектирование макета РЭА. Тепловой макет РЭА предназначен для экспериментального исследования теплофизических характеристик блоков, построенных с использованием ГТПС (рис. II.4). Целью теплофизических экспериментов является исследование эффективности работы таких блоков, а именно измерение перепадов температуры между установленными на блоке радиоэлементами и стоком теплоты при различной мощности тепловыделения в разных областях блока с ГТПС. Макет обеспечивает измерение предельного допустимого значения мощности и плотности мощности радиоэлементов, приводящие к осушению фитиля ГТПС.

Рис.II.4. Температурные поля поверхностей макета, температура стока теплоты +40 °C

Макет оснащен датчиками для измерения температур источников теплоты, области стока теплоты и поверхности платы с радиоэлементами в различных местах. Помимо датчиков, предусмотрена возможность измерения теплового поля макета с помощью тепловизора, а также возможность проведения измерений для горизонтальной и вертикальной ориентации блока. Расположение нагревательных элементов обеспечивает подвод тепла в различных областях блока: вблизи области отвода теплоты, в середине блока и на максимальном удалении от стока теплоты. Предусмотрена возможность подвода теплоты в различных местах по ширине ГТПС в различных вариациях. Установка элементов обеспечивает нагрев как с одной стороны блока, так и с обеих сторон одновременно. Технология монтажа нагревательных элементов на макете РЭА соответствует технологии, которая будет использоваться для изготовления в реальных конструкциях блоков: монтаж радиоэлементов на платы с наклейкой плат на поверхность блока и монтаж радиоэлементов на керамическую подложку с креплением непосредственно к поверхности ГТПС.

Испытания проводились в горизонтальном положении ГТПС (для исключения влияния гравитации) и при атмосферном давлении. Проведены измерения температурных полей для различных значений температур стока тепла (рис. II.4). По результатам экспериментов сделаны следующие выводы.

Рассмотренные ГТПС позволяют отводить теплоту от мощных источников с плотностью теплового потока не менее 5 Вт/см² при тепловой нагрузке 50 Вт на ГТПС, обеспечивая необходимую температуру ЭРИ.

Для исследованных конфигураций и режимов при температурах стока теплоты 0 °С — +40 °С капиллярные ограничения не приводит к какому-либо значительному осушению фитиля и перегреву элементов.

При снижении температуры стока теплоты эффективность работы ГТПС снижается, при этом максимальные температуры элементов в рассмотренных режимах оставались в допустимых пределах.

(Отдел вычислительной математики)