Preview

Аэрокосмический научный журнал

Расширенный поиск

Анализ возможности использования трубы Леонтьева в установках космического базирования

https://doi.org/10.24108/rdopt.0117.0000060

Полный текст:

Аннотация

Выполнен обзор работ, посвященных устройству газодинамической температурной стратификации (трубе Леонтьева) и показаны основные факторы, влияющие на его эффективность. Описана экспериментальная установка и приведены полученные на ней данные о величине энергоразделения на воздухе, подтверждающие работоспособность данного устройства.

Экспериментально подтверждено предположение о наличии оптимального соотношения скоростей потоков, текущих в дозвуковом и сверхзвуковом каналах устройства газодинамической температурной стратификации.

Выполнен анализ возможных путей повышения эффективности энергоустановок различного (в том числе космического) базирования  и показано, что в настоящее время основным направлением повышения эффективности их работы является усложнение схемных решений.

Предложена схема замкнутой газотурбиной установки космического базирования, работающая на смеси инертных газов (смесь гелий-ксенон). Она отличается от простейших вариантов отсутствием холодильника-излучателя и включением в состав устройства газодинамической температурной стратификации и теплового компрессора.

На базе уравнений одномерной газовой динамики показано, что работоспособность данной схемы определяется возможностью восстановления полного давления при отводе теплоты в тепловом компрессоре. Выполнен анализ возможности создания теплового компрессора и показано, что  при работе на газах с числом Прандтля, близким к 1 рост полного давления не происходит.

Условиями работоспособности теплового компрессора является работа на газах с низким значением числа Прандтля (смесь гелий-ксенон), при высоких сверхзвуковых скоростях  и наличии продольного градиента давления.

Показано, что существует область низких значений числа Прандтля  (Pr<0,3) для которой при наличии продольного градиента давления в сверхзвуковых потоках вязкого газа возможно восстановление полного давления.

Об авторе

Н. Л. Щеголев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


Список литературы

1. Леонтьев А.И. Газодинамический метод энергоразделения газовых потоков. // ТВТ, т. 35, № 1. 1997. С. 157-159

2. Леонтьев А.И. Способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (Труба Леонтьева). Патент на изобретение № 2106581. Кл. МПК-6: F25B9/02.10.03.1998.

3. Леонтьев А. И. Температурная стратификация сверхзвукового газового потока // Доклады Академии Наук. 1997. Т. 354, № 4. С. 475-477.

4. Бурцев С.А., Леонтьев А.И. Исследование влияния диссипативных эффектов на температурную стратификацию в потоках газа (обзор) // ТВТ. 2014. Т. 52. № 2. С. 310-322.

5. Бурцев С.А., Леонтьев А.И. Температурная стратификация в сверхзвуковом потоке газа // Известия АН. Энергетика. 2000. № 5. C.101-113.

6. Научные основы технологий XXI века / под редакцией Леонтьева А.И., Пилюгина Н.Н., Полежаева Ю.В., Поляева В.М. / М.:УНПЦ "Энергомаш". 2000. 135 с.

7. Бурцев С.А. Анализ влияния различных факторов на значение коэффициента восстановления температуры на поверхности тел при обтекании потоком воздуха. Обзор // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2004. № 11. 28 с. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/551021.html (дата обращения 20.01.2017).

8. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Макарова М.С. Численное исследование течения в трубе с отсосом газа через проницаемые стенки // Известия РАН. МЖГ. 2014. № 3. С. 74-81.

9. Васюков Г.К., Воробьева Е.А., Щеголев Н.Л. Эффективность газовой завесы в сверхзвуковом плоском сопле при щелевом тангенциальном вдуве // Инженерный вестник. 2014. № 7. С. 36-45. Режим доступа: http://engbul.bmstu.ru/doc/718728.html (дата обращения 20.01.2017).

10. Бурцев С.А., Кочуров Д.С., Щеголев Н.Л. Исследование влияния доли гелия на значение критерия Прандтля газовых смесей // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 5. С. 314-329. DOI: 10.7463/0514.0710811

11. Бурцев С.А., Кочуров Д.С., Щеголев Н.Л. Исследование влияния состава бинарных смесей инертных газов на их теплофизические свойства // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 11. С. 217–237. DOI: 10.7463/1115.0822897

12. Новый газодинамический метод температурной стратификации газа. / А.И. Леонтьев, Н.Л. Щеголев, В.В. Носатов, и др. // Газотурбинные и комбинированные установки. Сб. докладов 10 Всероссийской межвузовской конференции - Москва. 1996. - С.76-77.

13. Сверхзвуковая аэродинамическая труба. / А.И. Леонтьев, С.Н. Михайлов, Н.Л. Щеголев, и др. // Машины, приборы, стенды. Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана. Каталог № 13. Внешторгиздат.-1991 – С.33-34.

14. Бурцев С.А. Исследование температурной стратификации газа // Вестник МГТУ. Машиностроение. 1998. № 2. С. 65-72.

15. Щеголев Н.Л. Расчетное исследование теплообмена при внутреннем сверхзвуковом течении // Газотурбинные и комбинированные установки. Сб. докладов 10 Всероссийской межвузовской конференции - Москва. 1996. С. 103-104.

16. Леонтьев А.И., Бурцев С.А. Интенсификация теплообмена в устройстве газодинамического энергоразделения // Доклады Академии наук. 2016. Т. 471. № 3. С. 286-288. DOI: 10.7868/S0869565216330100

17. Бурцев С.А. Анализ путей повышения эффективности трубы Леонтьева // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. № 8 . С. 19-28. DOI: 10.18698/0536-1044-2016-8-19-28

18. Леонтьев А.И., Бурцев С.А., Визель Я.М., Чижиков Ю.В. Экспериментальное исследование газодинамической температурной стратификации природного газа // Газовая промышленность. 2002. № 11. С. 72-75.

19. Бурцев С.А. Исследование устройства температурной стратификации при работе на природном газе // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2004. № 9. 21 с. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/516097.html (дата обращения 20.01.2017).

20. Здитовец А.Г., Титов А.А. Экспериментальное исследование газодинамического метода безмашинного энергоразделения воздушных потоков // Тепловые процессы в технике. 2013. № 9. С. 391-397.

21. Виноградов Ю.А., Ермолаев И.К., Здитовец А.Г., Леонтьев А.И. Измерение равновесной температуры стенки сверхзвукового сопла при течении смеси газов с низким значением числа Прандтля // Известия РАН. Энергетика. 2005. № 4. С. 128-133.

22. Лущик В.Г., Макарова М.С. Численное исследование влияния числа Прандтля на коэффициенты восстановления температуры и аналогии Рейнольдса в пограничном слое на пластине // ТВТ. 2016. Т. 54. № 3. С. 401-407.

23. Макаров М.С., Макарова С.Н. Эффективность энергоразделения при течении сжимаемого газа в плоском канале // Теплофизика и аэромеханика. 2013. Т. 20. № 6. С. 777-787.

24. Кочуров Д.С., Щеголев Н.Л. Анализ влияния состава смесей на основе гелия на коэффициент восстановления температуры и число Прандтля // Аэрокосмический научный журнал. 2016. № 6. С. 26-48. DOI: 10.7463/aersp.0616.0851777

25. Попович С.С. Экспериментальное исследование влияния ударных волн на эффект безмашинного энергоразделения газовых потоков // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. № 3. С. 64-80. DOI: 10.7463/0316.0835444

26. Вараксин А.Ю., Арбеков А.Н., Иноземцев А.А. Тригенерационный цикл как путь создания многоцелевых стационарных энергетических установок на основе конверсии двухконтурных турбореактивных двигателей // Доклады Академии наук. 2014. Т. 458. № 5. С. 539-541.

27. Клименко А.В., Агабабов В.С., Ильина И.П., Рожнатовский В.Д., Бурмакина А.В. Схемы тригенерационных установок для централизованного энергоснабжения // Теплоэнергетика. 2016. № 6. С. 36-43.

28. Арбеков А.Н., Бурцев С.А. Исследование цикла замкнутой газотурбинной тригенерационной установки последовательной схемы // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 3. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/359008.html (дата обращения 20.01.2017).

29. Арбеков А.Н., Бурцев С.А. Исследование цикла замкнутой газотурбинной тригенерационной установки параллельной схемы // Тепловые процессы в технике. 2012. Т. 4. № 7. С. 326–331.

30. Ядерные газотурбинные и комбинированные установки /под ред. Э.А. Манушина. М.: Энергоатомиздат. 1993. 272 с.

31. Леонтьев А.И. Самсонов В.Л. Суровцев И.Г. Арбеков А.Н. Исследование влияния газодинамической температурной стратификации на эффективность комбинированного цикла Брайтона // Труды 3 Российская национальная конференция по теплообмену. Москва, 21-25 октября 2002 г. В 8 т. Т. 1. М.: Издательство МЭИ. 2002 г. С. 151-154.

32. Бурцев С.А. Титов А.А. Аналитическое исследование возможности создания теплового компрессора // Труды XIV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. В 2-х томах. Т. 2. Рыбинск. 26-30 мая 2003 г. М.: Изд-во МЭИ. 2003. С. 218-221.

33. Щеголев Н.Л., Стерелюхин С.А. Схема и цикл замкнутой ГТУ с охлаждаемым сверхзвуковым диффузором и соплом-нагревателем // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках. Москва, 1999. С. 121-124.

34. Арбеков А.Н., Голубев С.В., Круминг А.П. Оценка параметров ядерной замкнутой газотурбинной криоэнергетической установки для лунной базы // Тепловые процессы в технике. 2010. № 12. С. 570-573.

35. Хазов Д.Е. Моделирование течения в плоском канале при наличии трения и теплообмена // Труды XV Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. В 2-х томах. Т. 1. Калуга. 23-27 мая 2005 г. М.: Изд-во МЭИ. 2003. С. 121-124.

36. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энергоатомиздат, 1985. 320 с.


Для цитирования:


Щеголев Н.Л. Анализ возможности использования трубы Леонтьева в установках космического базирования. Аэрокосмический научный журнал. 2017;3(1):23-36. https://doi.org/10.24108/rdopt.0117.0000060

For citation:


Shchegolev N.L. Analysing Leontiev Tube Capabilities in the Space-based Plants. Aerospace Scientific Journal. 2017;3(1):23-36. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/rdopt.0117.0000060

Просмотров: 206


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2413-0982 (Online)