Определение плотности теплового потока на адиабатическом участке пульсирующих тепловых труб системы терморегулирования космического аппарата

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Нетелев А. В.*, Реутов А. М.**, Ивашиненко М. О.***

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: netelev@mail.ru
**e-mail: reutow.ar@yandex.ru
***e-mail: mari.lauta@mail.ru

Аннотация

Описан метод оценки локального теплового потока в адиабатической зоне пульсирующей тепловой трубы. Ввиду того что установка датчиков тепловых потоков внутри тепловой трубы невозможна из-за ее малого диаметра, для оценки теплового потока используется метод, основанный на решении обратных задач теплопереноса. При решении обратных задач теплопереноса распространенной практикой является минимизация функционала разности расчетных и экспериментально измеренных температур. В рассмотренной задаче используются данные о тепловом состоянии в нескольких точках на внешней поверхности тепловой трубы. Авторы предлагают минимизировать функционал с помощью генетических алгоритмов поиска экстремума функции. Генетические алгоритмы обладают следующими преимуществами:
– устойчивы к попаданию в локальные экстремумы;
– не требуют вычисления производной целевой функции;
– подходят для решения задач с моделями сложной структуры и иерархией;
– для генетических алгоритмов не обязательно, чтобы функция была определена, непрерывна и дифференциируема на всей области поиска решения.
При валидации разработанного метода использовались данные модельного эксперимента. Разработанный метод показал хорошую сходимость к точному решению при возмущенных данных. Работоспособность предлагаемого метода подтверждена в ходе сравнения с результатами, полученными другими авторами

Ключевые слова:

пульсирующие тепловые трубы, обратная задача теплопереноса, локальный тепловой поток, генетическая оптимизация

Список источников

  1.  Maidanik Yu.F., Fershtater Yu.G., Goncharov K.A. Capillary pumped loop for the systems of thermal regulation of spacecraft // ICES 4th European Symposium on Space Environmental Control Systems (21-24 October 1991; Florence, Italy). Vol. 1, pp. 87-92.
  2.  Борщев Н.О. Параметрическая идентификация среднеинтегрального коэффициента теплоотдачи в аксиальных тепловых трубах // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 3. С. 111-121. DOI: 10.34759/vst-2022-3-111-121
  3.  Антонов В.А., Гончаров К.А., Тулин Д.В. Тепловые трубы в системах терморегулирования космических аппаратов // Актуальные вопросы проектирования космических систем и комплексов: Сборник научных трудов НПО им. С.А. Лавочкина. Выпуск 12. М.: Полиграф-Информ, 2011. 22 с.
  4.  Докучаев А.Е., Зинчук А.А. Экспериментальное исследование применения тепловой трубы в газогенераторе // Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 3. С. 89-96.
  5.  Смирнов Г.Ф., Савченков Г.А. Пульсирующая тепловая труба. Патент SU 504065 A1. Бюлл. № 7, 25.02.1976.
  6.  Алифанов О.М., Викулов А.Г., Гончаров К.А. и др. Пульсирующие тепловые трубы и их применение в космической технике // Теплофизика высоких температур. 2025. Т. 63. № 1. С. 113–151. DOI: 10.31857/S0040364425010163
  7.  Алифанов О.М., Гончаров Д.А., Гончаров К.А. и др. Экспериментальные исследования тепловых характеристик пульсирующей тепловой трубы // Теплофизика высоких температур. 2025. Т. 63. № 3. С. 401-409. DOI: 10.7868/S3034610X25030105
  8.  Rittidech S., Terdtoon P., Murakami M., et al. Correlation to Predict Heat Transfer Characteristics of a Closed-End Oscillating Heat Pipe at Normal Operating Condition // Applied Thermal Engineering. 2003. Vol. 23. No. 4, pp. 497-510. DOI: 10.1016/S1359-4311(02)00215-6
  9.  Khandekar S., Cui X., Groll M. Thermal Performance Modeling of Pulsating Heat Pipes by Artificial Neural Network // 12th International Heat Pipe Conference (IHPC; 19–24 May 2002; Moscow, Russia).
  10.  Bertossi R., Ayel V., Mehta B., et al. Motion of liquid plugs between vapor bubbles in capillary tubes: a comparison between fluids // Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 53. No. 11, pp. 3315–3327. DOI: 10.1007/s00231-017-2052-1
  11.  Ma Yongxi, Zhang Hong, Zhuang Jun. Investigation on effective thermal conductivity of oscillating heat pipes // 13th International Heat Pipe Conference (IHPC; 21–25 September 2004; Shanghai, China).
  12.  Kim J.S., Bui N.H., Kim J.W., et al. Flow visualization of oscillation characteristics of liquid and vapor flow in the oscillating capillary tube heat pipe // KSME International Journal. 2003. Vol. 17. No. 10, pp. 1507-1519. DOI: 10.1007/BF02982330
  13.  Alifanov O.M., Vikulov A.G., Morzhukhina A.V., et al. Parametric Identification of Thermodynamic Processes in Unclosed-Loop Pulsating Heat Pipes // Heat Transfer Engineering. 2025, pp. 1–16. DOI: 10.1080/01457632.2025.2511453
  14.  Алифанов О.М. Обратные задачи теплообмена. М.: Машиностроение, 1988. 280 с.
  15.  Colaço M., Bozzoli F., Cattani L., et al. Local heat flux estimation inside tubes through conjugate gradient method with adjoint operator: application to the pulsating heat pipes case // International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow. 2023. Vol. 33. No. 5, pp. 1754-1774. DOI: 10.1108/HFF-09-2022-0547
  16.  Cattani L., Mangini D., Bozzoli F., et al. An original look into pulsating heat pipes: inverse heat conduction approach for assessing the thermal behavior // 19th International Heat Pipe Conference and the 13th heat pipe symposium (10-14 June 2018; Pisa, Italy). p. 1-11.
  17.  Алифанов О.М., Артюхин Е.А., Румянцев С.В. Экстремальные методы решения некорректных задач и их приложения к обратным задачам теплообмена. М.: Наука, 1988. 288 с.
  18.  Koza J.R. Genetic Programming. Cambridge: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection. A Bradford Book The MIT Press Cambridge, Massachusetts London, England, 1998. 609 p.
  19.  Панченко Т.В. Генетические алгоритмы. Астрахань: ИД «Астраханский университет», 2007. 87 с.
  20.  Батищев Д.И., Неймарк Е.А., Старостин Н.В. Применение генетических алгоритмов к решению задач дискретной оптимизации: Учеб. пособие. Н. Новгород: Изд-во ННГУ им Н.И. Лобачевского, 2006. 136 с.
  21.  Кнут Д.Э. Искусство программирования. Том 4,А Комбинаторные алгоритмы. Часть 1. Раздел 7.2.1.3 Генерация всех сочетаний / Пер. с англ. И.В. Красикова. М.: ИД Вильямс, 2016. С. 408-443.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026