Анализ распределения воздушных потоков на автономной космической лаборатории

Методами математического моделирования (имитационное моделирование) были проведены исследования по бесперебойному поддержанию жизнеобеспечения блока обеспечения содержания животных (БОС) автономной космической лаборатории. Данное исследование в условиях земной гравитации было невозможно воспроизвести экспериментальным путём.
В рамках работы было рассмотрено 5 различных вариантов конструкций БОС. Целью исследования был поиск наилучшего распределения воздушных потоков, которые бы не создавали излишней турбулентности в объёме камеры и при этом обеспечивали равномерный доступ свежего воздуха во все части БОС.

Одна из задач, стоящих при разработке конструкции и оборудования БОС – организация воздухообмена, обеспечивающего эффективное удаление из камеры содержания мелких лабораторных животных остатков корма и отходов их жизнедеятельности в сборник отходов (СО) в условиях невесомости. То есть обеспечение требуемого качества внутреннего воздуха.

В результате имитационного моделирования получено, что наиболее эффективной с точки зрения эффективности распределения воздушных потоков и возможности устойчивого подержания качества внутреннего воздуха из 5 рассмотренных конструкций является конструкция с камерой содержания в форме цилиндра и сборником отходов в виде вертикального цилиндра (вариант А1).

Однако, вдоль цилиндрических стенок КС формируется течение с малыми скоростями (менее 5·10^-4 м/с). В связи с этим было дополнительно рассмотрено 5 модификаций камеры содержания (КС). Цель всех модификаций – попытаться обеспечить налипание приточного воздуха на стены камеры содержания, уменьшив тем самым зоны малых скоростей.

Имитационное моделирование показало, что ни при одной из рассмотренных модификаций не удалось добиться налипания потока на цилиндрическую поверхность стенки КС и его распространения вдоль нее.
В связи с этим наиболее целесообразным остается вариант А1. Однако для более эффективного удаления остатков пищи и продуктов жизнедеятельности животных следует увеличить общий расход воздуха.

Анализ полей скоростей в объеме БОС показал, что увеличение проектного расхода до 0.0025 кг/с (в 200 раз) обеспечивает равномерные значения скоростей в объеме БОС в основном в диапазоне 0,1-0,15 м/с и не превышающие 0,2 м/с. Данная мера позволит существенно эффективнее справляться с удалением остатков пищи и продуктов жизнедеятельности из камеры содержания мелких животных и обеспечить требуемый уровень качества внутреннего воздуха. При этом данная мера не потребует значительного увеличения массы установки и потребностей в электропитании.