סימולציה ב- ®COMSOL Multiphysics עוזרת לשפר מערכות לחידוש האווירה בספינות חלל מאוישות:
אנליזה נומרית

לקבלת פרטים נוספים אודות המוצרים והשירותים שחברת נומריקל מספקת, נא השאירו פרטים.

קראו סיפורי משתמשים נוספים:

מערכות תומכות חיים עבור ספינות חלל מאוישות חייבות לספק אוויר שניתן לנשום אותו ומים ראויים לשתייה לאסטרונאוטים. דרך הפרויקט של החייאה וחידוש האטמוספירה ופיקוח סביבתי, מהנדסים בנאסא מפתחים מכשירי בקרה אטמוספריים לטובת בטיחות הצוות על החללית.
האווירה בספינות חלל מאוישות חייבת להתחדש באופן קבוע במטרה להבטיח את בטיחות האסטרונאוטים ואת הצלחת משימת החלל. במשימות שנמשכות כמה חודשים המשמעות היא הפחתת הלחות באוויר באופן תמידי, אגירת לשימוש חוזר, ופליטת פחמן דו חמצני. רכיב אחד שקיים במערכת בקרת האטמוספירה על הסיפון הינו מתקן לחיסכון במים שג'ים נוקס, מהנדס חלל בנאסא, ממטב כחלק מהפרויקט של החייאה וחידוש אטמוספירה ופיקוח סביבתי.
 
הוא מוביל צוות במרכז מרשל לתעופה וחלל (האנטסוויל, אלבמה), שמטרתו להפוך את בניית המערכת לאפקטיבית בעלויות ויעילה ע"י הפחתת תצרוכת החשמל שלה ומיקסום החיסכון במים. מטרתם היא לחסוך בין 80 ל 90 אחוז מהמים באוויר. הם מקווים להציע למפתחי מערכות תעופה בנאסא גישה אינטגרטיבית לחידוש אווירה ולאיסוף מים, אשר תגדיל בצורה ניכרת את הזמן והדרך שמשימות חלל יכולות לקחת ולהגיע.
 

פירוק מים ופחמן דו חמצני דרך ספיחה יעילה

חידוש האווירה בתוך ספינת חלל מצריך פירוק מים, הסרת פחמן דו חמצני, והחזרת האוויר למים בטרם הוא מתגבש לצורה של נוזל. מערכת החיסכון במים שהצוות פיתח נקראת מטען סופג איזותרמי. היא מכילה שילדה עם ערוצים סגורים שנקראים מצעים דחוסים, שכל אחד מהם מונח עם טבלית ג'ל סיליקאלי על מנת לקדם את הצטברות המים או שחרורם. תהליך החיסכון במים מתרחש בחצי מעגלים בו זמניים, עם כמות מסוימת של אוויר שנכנס למצעים היבשים בזמן שחלק נשאר במצעים הרטובים.
במצע יבש, מים באוויר נספגים אקסותרמית לתוך הג'ל הסיליקאלי, מייבשים את הגז כדי לחסוך במים לפני שהאוויר מגיע למערכת הסרת הפחמן הדו חמצני. האוויר החופשי של הפחמן הדו חמצני זורם בחזרה למצע היבש. בינתיים, החום שנוצר מהספיחה במצע היבש מועבר למצע הרטוב דרך רשת אלומיניום, גורם למים להשתחרר מהג'ל הסיליקאלי ולחזור לאוויר. למעבר חום זה יש את הערך המוסף בהורדת הטמפרטורה במצע היבש, מה שמאפשר לספיחה להתבצע לזמן ארוך יותר. המים חוזרים לתוך התא והפחמן הדו חמצני משתחרר לחלל.
על ידי שימוש בתוכנת ®COMSOL Multiphysics, הצוות של נוקס מידל מטען סופג איזותרמי בעל ארבעה טורים בכדי לחשב את היעילות של המתקן. הגיאומטריה נוצרה בתוכנת Pro/ENGINEER® ויובאה בעזרת המודול LiveLink™ for Pro/ENGINEER®. "קומסול מאפשרת לנו לבצע את הסוג הזה של סימולציה מולטיפיזיקלית על גיאומטריות מסובכות", נוקס מציין. "היינו צריכים לבנות סימולציה של אמצעי זרימה פורוזיבי במצעים ומעבר חום בכמה חומרים, גבולות לחץ כניסה, ולמצוא שיעורי ספיגה". הם שמו לב כי מצעים יבשים מקבלים חום כשגז זורם כלפי מטה, בשל הספיחה האקסותרמית. באופן הפוך, המצעים הרטובים איבדו חום כשגז זורם כלפי מעלה.

סימולציה של זרימת גז ומיטוב תנאי המצע

חבר אחד בצוות, רוב קוקר, חישב את יעילות המטען ע"י שימוש במחקר פורץ דרך בו שואבים אוויר דרך מצע יבש. בהתחלה האוויר שעזב את המצע היה יבש לחלוטין. כל אדי המים הצטברו בג'ל הסיליקלי. כשיותר אוויר זרם פנימה, היה לו אותה לחות כמו האוויר שנכנס כיוון שטבליות הג'ל הסיליקאלי לא יכלו להחזיק עוד מים. צפייה בתהליך זה איפשרה לצוות לאסוף ערכי פרמטרים עבור מודל המטען הסופג האיזותרמי, והם השוו את פריצת הדרך עם תוצאות הניסוי. היכולות של ®COMSOL איפשרו להם לעקוב אחר ריכוז המים, שיעורי זרימה, ולחץ עם תנאי הגבול עבור זרימה פנימה והחוצה, ושינויי אוויר יבש ורטוב בכל חצי מעגל. בהתאם לתוצאות הסימולציה, המטען הסופג האיזותרמי הסיר 85 אחוז מהמים באוויר והחזיר אותם לאטמוספירה לטובת איסוף. המודל חזה בהצלחה את יעילת המטען.
אנליזה נומרית
אנליזה נומרית
אנליזה נומרית
לקבלת פרטים נוספים ללא התחייבות
שדה מילוי חובה מסומן ב- *
רוצים ללמוד עוד על יכולותיה המולטיפיזיקליות הגבוהות של ®COMSOL?

זה פשוט וקל להכיר אונליין את הממשק האינטואיטיבי של התוכנה!

צפו בהדרכות מקוונות מפורטות אודות האפשרויות הרבות ב- ®COMSOL Multiphysics

כנסו לדף ייעודי המתעדכן מדי שבוע וכולל סרטוני הדרכה מלאים עם כתוביות בעברית

 
הסיפור נלקח ממגזין 2014 ®COMSOL
 
 כתובת: פארק המדע, פנחס ספיר 8, נס ציונה I אימייל: info@numerical.co.il  |  טל: 03-9629621

Numerical© 2017 כל הזכויות שמורות