теплообмен в космосе

[DimaG 0]

Задача заключается в следующем: На орбите вращается некое устройство, которое переодически освещается солнцем. Необходимо опрделить его тепловое состояние. Может быть кто-нибудь сталкивался с подобными задачками. Как подойти к решению этой задачи?

[a_schelyaev 367]

Если известна плотность потока излучения и изменение источника излучения относительно аппарата, то возможны два варианта:

1. Геометрия аппарата относительно проста и тебя не волнуют вопросы затения одних элементов аппарата другими. В этой ситуации смело определяй какая половина аппарата находится под солнышком и задавай на стенке соответствующий тепловой поток. Задача чисто теплопроводная. Кстати, тут же можешь и задать свечение самой нагретой поверхности аппарата через уравнение товарища Больцмана.

2. Противоположная ситуация первому пункту. Тут придется попотеть и нарисовать внешнюю границу которая будет светить на твой аппарат. В свойствах этой границы нужно будет написать некую зависимость, которая будет задавать распределение теплового потока на ней в зависимости от времени (движение аппарата по орбите).

Насколько п.2 тебе критичен - смотри сам.

[a_a_a+ 11]

Задача заключается в следующем: На орбите вращается некое устройство, которое переодически освещается солнцем. Необходимо опрделить его тепловое состояние. Может быть кто-нибудь сталкивался с подобными задачками. Как подойти к решению этой задачи?

Эту задачу лучше решать посредством COSMOSWorks (SW Simulation). В ней нет течения среды.

Теплообмен осуществляется исключительно через теплопроводность и через излучение.

FloWorks тоже, в принципе, применим, но для изучения методом самотыка COSMOSWorks более пригоден.

Вся (за некоторыми тонкостями) функциональность в программе есть.

Ищи соответствующие примеры в документации и литературе. В ней есть свои заморочки. Одна из них, в частности, такая. Если для грани не назначена в явном виде степень черноты, то она считается прозрачной! для излучения.

Отработку расчётной модели лучше осуществлять на примитивной геометрической модели с элементами первого порядка, тк теплообмен излучением достаточно долго считается. Правильнее сказать, долго рассчитывается взаимная ориентация объектов.

Действительно, нужно сразу определиться, учитывается ли переизлучение с внешних поверхностей. Неучёи этого здорово сократит счёт. То же касается небольших (а, может, и больших) внутренних полостей. Нужно ли там учитывать теплообмен излучением? Это неоднозначно.

[a_schelyaev 367]

Боюсь, что следующимивопросами будет что-то про распределение тепла по кишкам аппарата, теплосъем и т.п.

Устанет он прочностным модулем вменяемую сетку делать тогда.

На мой усталый взгляд (грядки делал всю неделю у родителей на участке) лучше пусть CFDшным пакетом считает.

Хотя, если ребята Собачкина не реализовали сопряженный теплообмен в своем коде, то выбора нет, согласен.

Автор, мучай SolidWorks и расчетные приложения к нему.

[DimaG 0]

a_schelyaev, по вашему сообщению №2 приходитсь остановиться на 2 пункте. Так как в задаче именно важно затенеие одних элементов другими. При этом нужно учесть, что элементы которые в тени излучают в пространство. Пришел к такому решению средствами ANSYS:

Описать MATRIX-методом систему из излучающей поверхности+обьект+доп узел имитирующий космическое пространство (4.2К). Вот только как перестраивать матрицы излучения (факторы видимости меняются со временем). Может в других пакетах возможно решение задач излучения на подвижных сетках? В STAR-CD например такого нет (по крайней мере в ранних версиях).

Всем присутствующим большое спасибо за советы.

[a_a_a+ 11]

a_schelyaev, по вашему сообщению №2 приходитсь остановиться на 2 пункте. Так как в задаче именно важно затенеие одних элементов другими. При этом нужно учесть, что элементы которые в тени излучают в пространство. .

В COSMOSWorks это всё есть.

В COSMOSFloWorks - тоже.

Подвижности ни в COSMOSWorks ни в COSMOSFloWorks нет.

Но можно и там и там использовать результаты одного нестационраного расчёта в качестве начальных условий для другого.

Так что изменение положения относительно Солнца в первом приближении учесть можно.

Решение тепловых задач в отсутствие движения среды посредством МКЭ вполне устоявшаяся практика. Трудоёмкость там ничуть не выше, чем в CFD (даже для FloWorks :) )!

[a_a_a+ 11]

Вдогонку.

FloWorks использует метод конечных объёмов. Там предполагается постоянство функции в ячейке. То же происходит (подозреваю) и в других CFD кодах, базирующихся на методе конечных объёмов и разновидностях МКЭ для CFD.

Реализации же МКЭ в механике твёрдого тела имеют и конечные элементы более высоких порядков, в частности с параболической функцией перемещений (температур).

Практическое следствие. Чтобы заиметь линейное поле температуры по стенке нужно минимум две ячейки по толщине в CFD и одну в МКЭ (с элементами 2-го порядка). Чтобы поиметь параболическое поле температуры – три и одну соответственно (здесь, правда, есть некие тонкости, связанные с осреднением в тетрагональных сетках, поэтому для корректного параболического распределения желательно иметь два элемента по толщине). Чтобы поиметь линейный тепловой поток – три и одну (лучше две). Так что если в модели есть куча тонких стенок, то вывод очевиден (другое дело, что так он важен этот градиент температуры).

В COSMOSFloWorks также можно продробить тонкие стенки, но здесь или будет достаточно большая размерность или нужно прибегать к искусственным приёмам.

[DimaG 0]

a_a_a+. Спасибо за информацию. COSMOSFloWorks мне практически незнаком. Буду решать в ANSYS. Напишу макрос, позволяющий делать серию расчетов с определенным шагом по времени и в качестве начальных условий использовать результаты предыдущего решения. При этом между расчетами буду поворачивать модель конструкции и перестраивать матрицы излучения. Правда остается вопрос как моделировать солнце. В космосе его излучение не такое как у поверхности земли (задал 400 вт/м**2 в среднем и спокоен). Модель серых тел вероятно не корректна в этом случае. Слышал что в FLUENT есть другие модели излучения. Может кто-нибудь подробнее расскажет об этом.

[Dick 0]

Модели радиации включают в себя подмодели (спектральные модели) различающиеся тем как реализовано поглощение излучения средой. Для вакуума подойдет обычная Gray.

[DimaG 0]

Dick, спасибо за информацию. Пора браться за дело.

[digger 0]

Есть специализированные пакеты:

RadCad - <noindex>http://www.crtech.com/radcad.html</noindex>

NX Space Systems Thermal - <noindex>http://www.plm.automation.siemens.com/en_u...m1023-54518.pdf</noindex>

было еще что-то емнип.

[madiel1 0]

Могу порекомендовать Sinda (модуль к Patran)

Прилагаю похожий тьюториал

workshop9_Satellite_and_Orbit.pdf

[NX CAE 0]

NX Space Systems Thermal специализированный софт для таких задач. Используется повсеместно в мире. Обращайтесь за помощью!

[tuly666 2]

Доброго времени суток! Подскажите пожалуйста, каким образом в Siemens NX 9.0 Space Systems Thermal можно задать экранно-вакуумную теплоизоляцию? (ЭВТИ, MLI по-английски). Задача похожа на описанную автором темы проблему.

Изменено 13 ноября 2014 пользователем tuly666