Обсуждение космических программ

Цитата: перегрев от 30.04.2017 23:25:59Туннельный (капельный) теплообменник придумали не сегодня

Вне зависимости от физических принципов теплообменника в конечном счёте теплообмен с окружающим пространством осуществляется излучением поверхности обращённой во вне. Если капли или поверхности излучают часть тепла друг на друга, то от такого излучения (части излучения) толку 0.

С уважением.
Osq.

• +0.05 / 5
• • 5

Цитата: Senya от 01.05.2017 06:48:15Вот спасибо! Именно этот расчет я искал, но найти не сумел.

Комнатная? Для радиатора? Крайне нерационально. Ну хотя бы 600К дайте.

Удваиваем температуру (потребная площадь уменьшается в 16 раз), покрываем фольгой сторону, обращённую к Солнцу (отвязываемся от расстояния), получаем объект диаметром 100 м с копеечкой. Внушительно, но разумно для 100 мегаватт.

Плотность мощности излучения поверхности растёт с четвёртой степенью температуры, а линейные размеры конструкций уменьшаются с квадратным корнем площади поверхности.
Увеличив температуру в 2 раза площадь уменьшится в 16, а линейные размеры в 4 раза.

Температура 600⁰ К это температура плавления свинца. Поэтому реактор должен быть либо жидкометалическим, либо высокотемпературным газовым. Но никак не с водой в качестве теплоносителя.

При такой температуре излучения излучающие поверхности должны быть вынесены как можно дальше от основных систем объекта. В принципе это возможно. Но если мы вдруг захотим использовать естественное космическое тело (астероид) для строительства искусственного объекта, имея в виду его защищённость, то в силу вступят ограничения расчёта по размерам. И 300⁰ К на поверхности это будет ещё много. Ведь внутри должен быть градиент более высоких температур для направленного движения тепла изнутри к поверхности.

Фольга в качестве теплового экрана хороша для защиты жилых блоков. Для излучающих поверхностей она бесполезна. Излучающие способности поверхности точно такие же, как и поглощающие. Насколько Вы ухудшите поглощение, настолько Вы же ухудшите и излучение. Просто в формуле плотности мощности излучения появится коэффициент k меньший 1:

W=kσТ⁴ 

С уважением.
Osq.

• +0.10 / 8
• • 8

Спутник военный, так что ни работа второй ступени, ни даже сброс обтекателя в трансляцию не попали. Зато посадку первой ступени показали во всей красе.
С 20:00 — примерно минута до старта.

• +0.06 / 8
• • 7
  • 1

Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52Пусть мы имеем на борту объекта (станция, корабль) реактор электрической  мощностью 100 МВт. Тогда тепловая мощность реактора составит 300 МВт. Учтём ещё следующее. В большинстве случаев нам не нужна электрическая энергия в конечном счёте. Нам нужна полезная работа, которую она производит. Но при этом, как «побочный» эффект, «вырабатывается» и тепло.  Определим к.п.д. преобразования электрической энергии  в полезную работу в 50%. Тогда из выработанных 100 МВт электрической энергии 50 МВт превратятся в тепловую. Следовательно, нам необходимо рассеять путём излучения ещё 350 МВт тепловой энергии (Р_т ) в дополнение к энергии излучения Солнца.

интересно, куда денется оставшаяся (сколько ее там - 50 МВтч?) энергия?
 
смею предположить, что если это станция, то они точно также будут греть систему и ее нужно будет точно так же куда-то сбрасывать.

• +0.03 / 3
• • 3

Цитата: Osq от 01.05.2017 09:13:12Плотность мощности излучения поверхности растёт с четвёртой степенью температуры, а линейные размеры конструкций уменьшаются с квадратным корнем площади поверхности.
Увеличив температуру в 2 раза площадь уменьшится в 16, а линейные размеры в 4 раза.

Температура 600⁰ К это температура плавления свинца. Поэтому реактор должен быть либо жидкометалическим, либо высокотемпературным газовым. Но никак не с водой в качестве теплоносителя.

При такой температуре излучения излучающие поверхности должны быть вынесены как можно дальше от основных систем объекта. В принципе это возможно. Но если мы вдруг захотим использовать естественное космическое тело (астероид) для строительства искусственного объекта, имея в виду его защищённость, то в силу вступят ограничения расчёта по размерам. И 300⁰ К на поверхности это будет ещё много. Ведь внутри должен быть градиент более высоких температур для направленного движения тепла изнутри к поверхности.

Фольга в качестве теплового экрана хороша для защиты жилых блоков. Для излучающих поверхностей она бесполезна. Излучающие способности поверхности точно такие же, как и поглощающие. Насколько Вы ухудшите поглощение, настолько Вы же ухудшите и излучение. Просто в формуле плотности мощности излучения появится коэффициент k меньший 1:

W=kσТ⁴ 

С уважением.
Osq.

В качестве уточнения формул для расчетов эффективной температуры, например, Земли. В английской версии более подробно, учет и альбедо 0,39 (то есть по полному солнечному спектру) и коэффициента излучения в инфракрасном диапазоне (от 0.96 до 1).
И как ее можно уменьшить.
Так вот, нужно учесть что спектры падающего (солнечного 6000К, максимум плотности энергии в видимом цвете) и излучающего (600 К, максимум плотности энергии в инфракрасном диапазоне) разные, и коэффициенты поглощения и излучения могут отличаться для них.
Типичный пример при вычислении равновесной температура белого листа по сравнению с черным  (или снег).
В солнечном спектре "белые" материалы много отражают, но в  инфракрасном диапазоне коэффициент излучения близок к 1 (в этом диапазоне они казались бы "черными").
(И только если тело нагреется до 6000 градусов коэффициенты черноты выравняются)
То есть достаточно подобрать материал, чтоб уменьшить равновесную температуру без ущерба для коэффициента инфракрасного излучения.

• +0.07 / 6
• • 6

Цитата: Alexxey от 01.05.2017 13:52:34Спутник военный, так что ни работа второй ступени, ни даже сброс обтекателя в трансляцию не попали. Зато посадку первой ступени показали во всей красе.
С 22:20 — примерно минута до старта.

Сажали, кстати, если кому лень смотреть на землю, а не на платформу:

• +0.02 / 2
• • 2

Цитата: Джориан от 01.05.2017 14:17:22Сажали, кстати, если кому лень смотреть на землю, а не на платформу:

Скрытый текст

Там самая мякотка по зрелищности,  что впервые показали разделение ступеней и весь процесс с внешнего ракурса.

• +0.01 / 1
• • 1

Цитата: Osq от 01.05.2017 08:24:48Вне зависимости от физических принципов теплообменника в конечном счёте теплообмен с окружающим пространством осуществляется излучением поверхности обращённой во вне. Если капли или поверхности излучают часть тепла друг на друга, то от такого излучения (части излучения) толку 0.

Вы только что, ничтоже сумняшеся, на корню опровергли принятый (и в России, и в США) принцип организации охлаждения ядерной энергоустановки межпланетного космического корабля.
Я с большим интересом читаю Ваши сообщения, но искренне надеюсь, что Вы понимаете, что Ваши выкладки не являются инженерными расчетами в общепринятом смысле этого слова и, следовательно, уязвимы для критики. 
Безусловно, переотражение в капельном ТО будет, но его влияние можно рассчитать и проверить экспериментом.
В свое время, на АБазе, я одному опровергателю сбросил сканы с реальной методикой расчета радиационного теплообмена между несколькими плоскими поверхностями известных размеров из известного материала. Базар шел за фотоаппарат.  Нетрудно догадаться, что расчет в соответствии с канонами опроверг ниасилил. . 
Задача радиационного теплообмена известна много-много лет. Она много-много лет назад успешно решалась для различного рода печей. С обязательным учетом переотражения. 
Вот у меня вопрос - в Вашем цилиндре как учитывается переотражение от внутренней поверхности? 

ЦитатаС уважением.
Osq.

Взаимно и без иронии.

• +0.08 / 7
• • 7

Цитата: Osq от 01.05.2017 08:24:48Вне зависимости от физических принципов теплообменника в конечном счёте теплообмен с окружающим пространством осуществляется излучением поверхности обращённой во вне. Если капли или поверхности излучают часть тепла друг на друга, то от такого излучения (части излучения) толку 0.

С уважением.
Osq.

От Вашего места работы, примерно, в километре, сидят ребята и все это считают...   Но разговаривать на такие темы не любят.
Но расчеты у Вас  какие-то странные. Во всех проектах: теплообменник-излучатель - некая решетчатая конструкция, немалой площади. Насколько понимаю, есть два перспективных проекта. И таки да, озвучивали про высокотемпературный газовый реактор. НИКИЭТовский буклет я постил в марсианской теме.  Еще показывали картинки про капельное охлаждение. 

• +0.04 / 3
• • 3

Статья - Капельные холодильники-излучатели космических энергетических установок нового поколения 

Оттуда:

• +0.11 / 8
• • 8

Мне трудно ответить всем сразу. Приношу свои извинения если чей-то вопрос остался нераскрытым.

Постараюсь ответить аргументировано перегреву.

Цитата: перегрев от 01.05.2017 14:22:28Вы только что, ничтоже сумняшеся, на корню опровергли принятый (и в России, и в США) принцип организации охлаждения ядерной энергоустановки межпланетного космического корабля.
...

Честно говоря, я не вижу где есть противоречия моих выводов и выбранных принципов капельного охлаждения. Принцип капельного охлаждения заключается в увеличении площади поверхности излучения за счёт уменьшения размеров капель. Если одну каплю разделить надвое, то суммарная площадь поверхности двух капель будет больше площади исходной примерно на 25%. Если расстояние между каплями будет в 10 раз больше их размеров, то интенсивность переизлучения тепла друг на друга уменьшится в 100 раз.

Далее: я рассматривал следующие параметры - температура излучающей поверхности 300⁰ К, мощность реактора 100 МВт. В приведённом Дядей Васей документе рассматриваются реакторы электрической  мощностью до 40 МВт и температурой капель:

Выбор рабочего тела зависит от температурного режима и давления насыщения. При 350÷450 К применяются кремнийорганика и вакуумные масла; при более высоких температурах − жидкие металлы

450 в 1,5 раз больше 300 и интенсивность излучения в 5 (1,5⁴) раз выше. 40 в 2,5 раза меньше чем 100. Но и 40 МВт это через край, нам бы хотя бы для начала 10 МВт запустить. То есть вычисленные линейные размеры можно уменьшить в 3,5  раза (√5х2,5) для 40 МВт и в 7 (√5х10) раз для 10 МВт.

По поводу капельного охлаждения у меня всё-таки возникает сомнение следующего рода:

- испарение жидкости имеет место быть при любой температуре. И если в замкнутом объёме «классического» теплообменника ей некуда деться, то каковы будут потери теплоносителя при свободном движении капель в открытом космосе? Те же самые требования повышения температуры  и площади излучения путём дробления капель для улучшения излучательных способностей ведут к увеличению интенсивности испарения (выше температура, больше поверхность испарения). В открытый космос.
 
Для буксира типа «Земля-Луна» с реактором мощностью до 10 МВт возможно это и не критично. Всегда можно поднять с Земли дополнительные объёмы теплоносителя. А как это будет выглядеть для межпланетного перелёта? А что делать при необходимости маневрирования и изменения ориентации, когда возникают боковые ускорения и опять потеря свободно парящего в космосе теплоносителя? Глушить реактор и прекращать теплосъём. В самый тот момент, когда нужна энергия. А зачем он вообще тогда нужен?

Цитата: перегрев от 01.05.2017 14:22:28... но искренне надеюсь, что Вы понимаете, что Ваши выкладки не являются инженерными расчетами в общепринятом смысле этого слова и, следовательно, уязвимы для критики.

Конечно, это не инженерный расчёт. Это попытка определить, какие ограничения накладывают законы физики на наши «хотелки». 

Цитата: перегрев от 01.05.2017 14:22:28...
Вот у меня вопрос - в Вашем цилиндре как учитывается переотражение от внутренней поверхности?

Никак. Вообще-то цилиндр был приведён для понимания возможных размеров межпланетного космического корабля со 100МВт реактором на борту. Подразумевалось, что внутри цилиндра находится источник тепла с более высокой температурой, чем температура поверхности цилиндра. И в расчёт цилиндра у меня вкралась ошибка: я учёл только площадь цилиндрической поверхности без учёта площадей оснований цилиндра.
 
С уважением.
Osq.

• +0.09 / 6
• • 6

Цитата: ДядяВася от 01.05.2017 15:39:24Статья - Капельные холодильники-излучатели космических энергетических установок нового поколения 

Оттуда:

Скрытый текст

По картинке не совсем очевидно, в составе установки либо "Холодильник-излучатель", либо "Капельный хлодильник-излучатель", одно из двух?
Почему радиационная защита для 10 МВт легче, чем для 1 МВт, а для 40 МВт ещё легче?
Ну и "неуязвимость к метеорному пробою" — что это?

• +0.02 / 2
• • 2

Цитата: Osq от 01.05.2017 21:49:04Мне трудно ответить всем сразу. Приношу свои извинения если чей-то вопрос остался нераскрытым.

Постараюсь ответить аргументировано перегреву.

Скрытый текст

Честно говоря, я не вижу где есть противоречия моих выводов и выбранных принципов капельного охлаждения. Принцип капельного охлаждения заключается в увеличении площади поверхности излучения за счёт уменьшения размеров капель. Если одну каплю разделить надвое, то суммарная площадь поверхности двух капель будет больше площади исходной примерно на 25%. Если расстояние между каплями будет в 10 раз больше их размеров, то интенсивность переизлучения тепла друг на друга уменьшится в 100 раз.

Далее: я рассматривал следующие параметры - температура излучающей поверхности 300⁰ К, мощность реактора 100 МВт. В приведённом Дядей Васей документе рассматриваются реакторы электрической  мощностью до 40 МВт и температурой капель:

Выбор рабочего тела зависит от температурного режима и давления насыщения. При 350÷450 К применяются кремнийорганика и вакуумные масла; при более высоких температурах − жидкие металлы

450 в 1,5 раз больше 300 и интенсивность излучения в 5 (1,5⁴) раз выше. 40 в 2,5 раза меньше чем 100. Но и 40 МВт это через край, нам бы хотя бы для начала 10 МВт запустить. То есть вычисленные линейные размеры можно уменьшить в 3,5  раза (√5х2,5) для 40 МВт и в 7 (√5х10) раз для 10 МВт.

Нам хотя бы1 МВт электрической мощности запустить. По расчетам этого хватит, что бы достичь Марса за 40 - 60 суток. 500 тонн, емнип, масса корабля. 
Температура теплоносителя будет значительно выше, на турбине там планируется на входе, емнип, 1500 цельсиев. Сколько сработается хз, чисто от балды не более половины. 750 цельсиев минимальная оценка, скорей всего сильно больше

ЦитатаПо поводу капельного охлаждения у меня всё-таки возникает сомнение следующего рода:

- испарение жидкости имеет место быть при любой температуре. И если в замкнутом объёме «классического» теплообменника ей некуда деться, то каковы будут потери теплоносителя при свободном движении капель в открытом космосе? Те же самые требования повышения температуры  и площади излучения путём дробления капель для улучшения излучательных способностей ведут к увеличению интенсивности испарения (выше температура, больше поверхность испарения). В открытый космос.

При правильно выбранном теплоносители, потери будут минимальны, плюс они конечно будут рассчитаны, практически проверены и объем теплоносителя будет на борту будет с учетом всех возможных потерь

ЦитатаДля буксира типа «Земля-Луна» с реактором мощностью до 10 МВт возможно это и не критично. Всегда можно поднять с Земли дополнительные объёмы теплоносителя.

Да ладно! Никому не нужен буксир к которому в пределах жизненного цикла надо будет доставлять расходники с Земли.

ЦитатаА как это будет выглядеть для межпланетного перелёта? А что делать при необходимости маневрирования и изменения ориентации, когда возникают боковые ускорения и опять потеря свободно парящего в космосе теплоносителя? Глушить реактор и прекращать теплосъём. В самый тот момент, когда нужна энергия. А зачем он вообще тогда нужен?

Нужен он затем, что традиционная конструкция радиационного теплообменника не вписывается в массогабаритные ограничения. Как от там будет работать при ускорениях хрен его знает, я думаю, что нормально, при малой тяге ЭРД никакие резкие ускорения/торможения невозможны, а неизбежное влияние воздействующих небольших сил вполне можно учесть

ЦитатаКонечно, это не инженерный расчёт. Это попытка определить, какие ограничения накладывают законы физики на наши «хотелки».

Это понятно, но как бы конструктивное решение выбрано без учета уже имеющихся наработок, да плюс 27 цельсиев это абсолютно точно не рабочая температура

ЦитатаНикак. Вообще-то цилиндр был приведён для понимания возможных размеров межпланетного космического корабля со 100МВт реактором на борту. Подразумевалось, что внутри цилиндра находится источник тепла с более высокой температурой, чем температура поверхности цилиндра.

И это понятно, но имхо решение очень неудачное, внутрь же будет нехило светить, прямо на охлаждаемый объект. Тогда уж лучше считать габариты плоских панелей, например четырех взаимоперпендикулярных, что бы минимизировать потери на переотражение.

• +0.07 / 6
• • 6

Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52Что-то вроде предисловия.

Современные атомные реакторы способны выдать  примерно 1/3 мощности электрической энергии от всей мощности тепловой энергии выделяемой в самом реакторе. В условиях Земли избыточное тепло путём конвекции,  массопередачи (испарение), излучения и теплопроводности рассеивают в окружающее пространство. Для этого требуется строительство огромных сооружений, в разы превосходящих сооружения непосредственно участвующих в выработке электрической энергии.

Нет такого слова "массопередача", есть массоперенос (mass transfer). Это устоявшийся термин.

• +0.01 / 1
• • 1

Цитата: slavae от 30.04.2017 21:32:11Надо научиться это излучение направлять назад за счёт него самого )

Иными словами, "нужно научиться передавать тепло от менее нагретого тела к более нагретому без совершения работы", т.е. "нужно научиться нарушать закон сохранения энергии".

• +0.00 / 0

Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52... объект в виде сферы на орбите Земли для пассивного охлаждения (без дополнительных энергетических затрат) ядерного реактора мощностью 100 МВт и условии, что температура поверхности не более 300⁰  К,  должен иметь  диаметр не менее 950 м. Площадь «эффективной поверхности для рассеивания тепла» должна быть не менее 2,8 млн.  м² .

Никто не мешает излучать тепло при температуре, более высокой, чем 300К. При температуре 400К (127С) потребная площадь уменьшается в три с лишним раза. Но тем не менее, даже решив проблему сброса энтропии, остается проблема создания импульса.

• +0.00 / 0

Цитата: mse от 01.05.2017 17:05:02Ну, часть уйдёт в работу. Ведь такая моща нужна для движения.

 
ну хорошо, а что затем с этой энергией станет? куда она девается?
 
на что будет затрачена эта работа? и почему она должна быть затрачена? наверное для преодоления некоторого противодействия.
 
иначе нахрена делать работу, если нет противодействия?
 
и наверняка в процессе совершения этой работы вся вовлеченная в работу энергия выделится в системе в виде тепла.
 
благодаря сопротивлению среды в виде электросопротивления и трения.
 
мы ведь знаем, что это остров не обитаем.
в смысле закон сохранения энергии и чет там про энтропию.
 
только если работает реактивный двигатель имеем вынос энергии из системы с рабочим телом.
 
т.е. в случае со станцией холодильники нужно расчитывать с учетом полной мощности реактора.

• +0.00 / 0

Цитата: adolfus от 02.05.2017 08:49:51Иными словами, "нужно научиться передавать тепло от менее нагретого тела к более нагретому без совершения работы", т.е. "нужно научиться нарушать закон сохранения энергии".

Под словом назад я понимал назад по ходу полёта, а не назад к центру реактора.
Нужно параболическое зеркало, короче )

• +0.00 / 0

Цитата: slavae от 02.05.2017 11:41:37Под словом назад я понимал назад по ходу полёта, а не назад к центру реактора.
Нужно параболическое зеркало, короче )

Которое будет излучение от Солнца направлять на реактор?

• +0.00 / 0

Цитата: mse от 02.05.2017 13:14:25Энергия девается на сообщение импульса рабочему телу движителя. Например, никто не рассчитывает что элементы ТРД или ЖРД будут рассеивать всю энергию сгоревшего топлива. Если КПД какого электронно-ионно-плазменно-кваркового двигателя будет 70-80%, то вопрос охлаждения реально облегчится.
Кроме того, зачем нам рассчитывать систему охлаждения на полную мощность реактора? Если нужна полная мощность, значит, электрическую часть потребят потребители. Соотвецтвенно, рассеют своей СО. Если полная мощность не нужна, значит, приглушаем реактор и мощность уже не максимальная.
К тому-же, имеет смысл разделять систему охлаждения реактора и, собсно, корабля. Ибо температуры рабочего тела отличаются, каг-бе, не в десятки раз.

 
энергия на сообщение импульса эт хорошо. я так и написал.
 
кпд электрореактивного двигателя 30-60%.
 
а если это станция?
 
а учитывая довольно неплохие изолирующие свойства вакуума?
 
всю энергию, сработавшую на различных механизмах станции нужно каким-то образом сбрасывать.
 
причем в этом случае это рельно низкопотенциальное тепло.
 
и те 40-70%, что не улетели с рабочим телом тоже. разумеется если это корабль

• +0.02 / 1
• • 1