№ 6
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2011
УДК 629.78.085
© 2011 г. БОНДАРЕВА Н.В., КОРОТЕЕВ А.А., САМСОНОВ А.Б.
О ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ УТОЧНЕНИЯХ, КАСАЮЩИХСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА
ПАРАМЕТРОВ ПЕЛЕНЫ БЕСКАРКАСНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
Приведены дополнительные уточнения, касающиеся использования методов расчета параметров пелены бескаркасных космических излучателей. Обоснована необходимость использования в качестве теплоносителя сверхвысоковакуумных жидкостей. Определена возможная последовательность расчета основных характеристик капельного холодильника-излучателя.
В работе [1] рассмотрены основные подходы, позволяющие провести расчет и оптимизацию параметров капельных холодильников-излучателей — устройств, предназначенных для отвода низкопотенциального тепла в циклах мощных космических энергетических установок нового поколения.
Представленные результаты расчетов характеризуют параметры пелены вакуумного масла ВМ-1С, предполагаемого для использования в качестве рабочего тела излучателя с тепловой мощностью 1,74 МВт при температурах генерации и сбора капель соответственно равных Т0 = 360 К и Тс = 310 К, и максимально допустимой оптической толщине тдоп = 5. Для обеспечения правильного восприятия опубликованных данных авторы хотели бы сделать некоторые уточнения.
1. В сводных табл. 2 и 3 допущена опечатка: значения радиусов капель гк, составляющих пелену излучателя, даны в миллиметрах.
2. Рассматриваемое в качестве возможного рабочего тела вакуумное масло ВМ-1С характеризуется низким давлением насыщенных паров и, как следствие, низкой испаряемостью в вакууме. Вместе с тем, возможность его использования в космических энергетических установках, характеризующихся длительным (годы) ресурсом, неочевидна как ввиду заметных потерь на испарение, так и из-за недостаточной радиационной стойкости. Соответствующим требованием могут удовлетворить принципиально новые сверхвысоковакуумные жидкости, отличающиеся особо малым давлением насыщенных паров и выдерживающие дозы облучения до 5 • 107—108 рад. Теплофизиче-ские свойства и коэффициенты переноса синтезированных к настоящему времени сверхвысоковакуумных жидкостей незначительно отличаются от соответствующих показателей вакуумного масла (например, плотность р = 1,093 г/см3; средняя теплоемкость в рабочем диапазоне температур — 1,68 кДж/(кг • К)), поэтому основные расчетные тепловые и геометрические показатели диспергированной пелены в результате замены теплоносителя практически не изменяются.
3. Используемые в расчетах значения максимально допустимой оптической толщины капельной пелены при некоторых геометриях могут оказаться завышенными, т.е. приводить к погрешностям, связанным с отсутствием учета взаимного переоблучения капель в потоке. В этой связи в качестве оптимальной последовательности расчета основных характеристик КХИ можно рекомендовать проведение следующих действий.
гк, 10-4 м Ь/4, м
90
3,080
70
2,060
50
1,040
0,5 30
360 380 400 420
Т„, К
Рис. 1. Зависимости максимально допустимого радиуса капель и длины секций однорядного излучателя конструктивного исполнения "крест" от температуры генерации при различных временах "высвечивания" и температурах потока в окрестности гидросборника капельной пелены: tв = 12,5 с: Тс = 310 К — 2, 7; Тс = 320 К - 1, 8; гъ = 7,5 с: Тс = 310 К - 4, 5; Тс = 320 К - 3, 6
3.1. Задание времени "высвечивания" ^ исходя из условий работы излучателя (солнечная или "теневая" сторона), компоновки космического аппарата, схемы конструктивного исполнения излучателя ("штора", "крест" и т.д.), расположения поверхности границы тени радиационной защиты (в случае использования ядерного источника энергии).
3.2. Определение зависимости максимально допустимого значения радиуса капель в пелене от температуры генерации капель Т0 и перепада температур теплоносителя ДТ = т - Тс.
3.3. Определение зависимости длины секции излучателя рассматриваемой компоновки от Т0 и ДТ при условии использования однорядной (растянутой "в струну") капельной пелены; выбор оптимальных значений Т0 и ДТ.
3.4. Оптимизация длины секции излучателя для обеспечения ее размещения в тени радиационной защиты и выполнения требований маневренности аппарата путем наращивания числа излучающих рядов капельной пелены с соблюдением условий оптической квазипрозрачности.
3.5. Поверочный расчет излучателя, направленный на сопоставление значений заданной отводимой тепловой мощности и мощности, отводимой условной поверхностью, являющейся объединением внешних границ пелены, генерируемой всеми секциями излучателя при средней характерной температуре Т, удовлетворяющей неравенству Тс < Т < Т0.
3.6. Анализ возможностей дальнейшего снижения длины секций излучателя путем варьирования температуры Тс.
В качестве примера реализации указанной последовательности действий на рис. 1 приведены графики зависимости максимально допустимого радиуса капель гк и длины секции Ь/4 однорядного излучателя конструктивного исполнения "крест" (без учета взаимного переоблучения капель, генерируемых перпендикулярными секциями) от температуры генерации Т0 при различных временах "высвечивания" tв и температурах Тс потока в окрестности гидросборника капельной пелены.
Рис. 2. Зависимости длины секции однорядного излучателя конструктивного исполнения "крест" от температуры потока в окрестности гидросборника капельной пелены при различных значениях времени "высвечивания" и температур в окрестности генератора
Возможности дальнейшего снижения длины секций однорядного излучателя при различных значениях времени "высвечивания" и температуры сбора капель иллюстрирует рис. 2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бондарева Н.В., Коротеев А.А. Методы аналитического расчета и оптимизации геометрических размеров диспергированной пелены бескаркасных космических излучателей нового поколения // Изв. РАН. Энергетика. 2010. № 6.
Москва Поступила в редакцию
16.V.2011
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.