Обсуждение космических программ
9,367,387
41,805
|
Osq ( Слушатель ) |
| 30 апр 2017 20:59:52 |
Термодинамика и ЯЭУ в космосе
новая дискуссия Статья 2.724
Что-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.
В условиях открытого космоса мы лишены возможности рассеивать избыточное тепло путём конвекции и теплопередачи. Массопередача то же не годится, так как ведёт к постоянной потере полезной нагрузки на терморегуляцию. Остаётся только излучение.
Случай пассивного абсолютно чёрного тела.
Для начала рассмотрим случай с пассивным телом – телом, не имеющим в своём составе источников тепла. Какова будет его температура? Ответ: близкая к абсолютному нулю будет верен лишь частично. Это правильно лишь в условиях межзвездного пространства. В пределах солнечной системы важнейшим фактором теплового равновесия будет солнечное излучение.
Мощность солнечного излучения составляет 3,8х1026 Вт.
Площадь поверхности сферы радиусом равным радиусу орбиты Земли 2,826х1023 м2 .
Плотность мощности (мощность излучения на единицу площади) излучения:
3,8х1026/2,826х1023= 1345 Вт/м2= Wс
Рассмотрим абсолютно чёрное тело в виде шара. Тело нагревается солнечным излучением и начинает переизлучать полученную энергию. При этом оно нагревается до некоторой температуры при которой излучаемая энергия равны поглощённой.
Поглощённая энергия пропорциональна площади круга, являющегося центральным сечение шара. Излучаемая энергия пропорциональна всей площади поверхности шара.
Плотность мощности излучения нагретого абсолютно чёрного тела описывается формулой:
W=σТ4
где σ – постоянная Стефана-Больцмана=5,67х10-8 Вт м-2 К-4 , Т температура в кельвинах.
Общая мощность излучения шара радиусом R:
Р=4πR2σТ4
Мощность поглощаемого солнечного излучения:
Рс= πR2 Wс
Приравнивая два уравнения и исключая геометрические размеры шара, получим:
Т4= Wс/4σ= 1345/(4х5,67х10-8)
или
Т = 277,50 К = 4,50 С
Результат: Абсолютно чёрное тело находящееся на расстоянии от Солнца равном радиусу орбиты Земли будет находится в тепловом равновесии с окружающим космосом при температуре 2770 К или 4,50 С.
Для орбиты Венеры плотность мощности солнечного излучения – 2594 Вт/м2 и температура поверхности шара 3270 К (440 С).
Для орбиты Марса – 741 Вт/м2 и 2390 К (-340 С) соответственно.
Граница комфортной температуры для органической жизни в 200 С проходит на расстоянии примерно 128 млн. км от Солнца.
Перейдём теперь к ядерным энергетическим установкам.
Пусть 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 (Рт ) в дополнение к энергии излучения Солнца.
Для простоты первичного расчёта объект у нас сферической формы со свойствами абсолютно чёрного тела. Регламентируемую температуру излучающей поверхности сферы то же для простоты расчёта примем 3000 К (270 С). Каковы при этом будут размеры объекта?
Мощность теплового излучения объекта
4πR2σТ4
и равна мощности поглощенного солнечного излучения и мощности вырабатываемого в объекте тепла:
πR2 Wс + Рт
Приравнивая выражения и решая их относительно R, получим шара радиусом 476 метров. То есть: 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 .
Замечание: в данном контексте «эффективные поверхности рассеивания тепла» имеются в виду только такие поверхности, которые обращены полностью во вне, но никак друг к другу, для предотвращения переизлучения тепла самих на себя.
Если объект в виде цилиндра, то при диаметре основания в 1000 метров, его длинна должна составлять более 8,9 км. Это минимум для охлаждения излучением ядерного реактора электрической мощностью 100 МВт.
Аналогичный расчёт для орбиты Марса даёт объект диаметром 640 м.
В случае полного исключения солнечного потока, для рассеивания тепла ЯЭУ необходима площадь 754 тыс. м2 объекта диаметром 490 м. Можно уменьшить мощность реактора в 10 раз (до 10 МВт), тогда геометрические размеры объекта уменьшатся в √10= 3,16 раза до 155 м.
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.
В условиях открытого космоса мы лишены возможности рассеивать избыточное тепло путём конвекции и теплопередачи. Массопередача то же не годится, так как ведёт к постоянной потере полезной нагрузки на терморегуляцию. Остаётся только излучение.
Случай пассивного абсолютно чёрного тела.
Для начала рассмотрим случай с пассивным телом – телом, не имеющим в своём составе источников тепла. Какова будет его температура? Ответ: близкая к абсолютному нулю будет верен лишь частично. Это правильно лишь в условиях межзвездного пространства. В пределах солнечной системы важнейшим фактором теплового равновесия будет солнечное излучение.
Мощность солнечного излучения составляет 3,8х1026 Вт.
Площадь поверхности сферы радиусом равным радиусу орбиты Земли 2,826х1023 м2 .
Плотность мощности (мощность излучения на единицу площади) излучения:
3,8х1026/2,826х1023= 1345 Вт/м2= Wс
Рассмотрим абсолютно чёрное тело в виде шара. Тело нагревается солнечным излучением и начинает переизлучать полученную энергию. При этом оно нагревается до некоторой температуры при которой излучаемая энергия равны поглощённой.
Поглощённая энергия пропорциональна площади круга, являющегося центральным сечение шара. Излучаемая энергия пропорциональна всей площади поверхности шара.
Плотность мощности излучения нагретого абсолютно чёрного тела описывается формулой:
W=σТ4
где σ – постоянная Стефана-Больцмана=5,67х10-8 Вт м-2 К-4 , Т температура в кельвинах.
Общая мощность излучения шара радиусом R:
Р=4πR2σТ4
Мощность поглощаемого солнечного излучения:
Рс= πR2 Wс
Приравнивая два уравнения и исключая геометрические размеры шара, получим:
Т4= Wс/4σ= 1345/(4х5,67х10-8)
или
Т = 277,50 К = 4,50 С
Результат: Абсолютно чёрное тело находящееся на расстоянии от Солнца равном радиусу орбиты Земли будет находится в тепловом равновесии с окружающим космосом при температуре 2770 К или 4,50 С.
Для орбиты Венеры плотность мощности солнечного излучения – 2594 Вт/м2 и температура поверхности шара 3270 К (440 С).
Для орбиты Марса – 741 Вт/м2 и 2390 К (-340 С) соответственно.
Граница комфортной температуры для органической жизни в 200 С проходит на расстоянии примерно 128 млн. км от Солнца.
Перейдём теперь к ядерным энергетическим установкам.
Пусть 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 (Рт ) в дополнение к энергии излучения Солнца.
Для простоты первичного расчёта объект у нас сферической формы со свойствами абсолютно чёрного тела. Регламентируемую температуру излучающей поверхности сферы то же для простоты расчёта примем 3000 К (270 С). Каковы при этом будут размеры объекта?
Мощность теплового излучения объекта
4πR2σТ4
и равна мощности поглощенного солнечного излучения и мощности вырабатываемого в объекте тепла:
πR2 Wс + Рт
Приравнивая выражения и решая их относительно R, получим шара радиусом 476 метров. То есть: 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 .
Замечание: в данном контексте «эффективные поверхности рассеивания тепла» имеются в виду только такие поверхности, которые обращены полностью во вне, но никак друг к другу, для предотвращения переизлучения тепла самих на себя.
Если объект в виде цилиндра, то при диаметре основания в 1000 метров, его длинна должна составлять более 8,9 км. Это минимум для охлаждения излучением ядерного реактора электрической мощностью 100 МВт.
Аналогичный расчёт для орбиты Марса даёт объект диаметром 640 м.
В случае полного исключения солнечного потока, для рассеивания тепла ЯЭУ необходима площадь 754 тыс. м2 объекта диаметром 490 м. Можно уменьшить мощность реактора в 10 раз (до 10 МВт), тогда геометрические размеры объекта уменьшатся в √10= 3,16 раза до 155 м.
Отредактировано: Osq - 01 май 2017 09:15:46
ОТВЕТЫ (33)
|
slavae ( Слушатель ) |
| 30 апр 2017 21:32:11 |
Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52
Надо научиться это излучение направлять назад за счёт него самого )
|
adolfus ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 08:49:51 |
Цитата: slavae от 30.04.2017 21:32:11
Иными словами, "нужно научиться передавать тепло от менее нагретого тела к более нагретому без совершения работы", т.е. "нужно научиться нарушать закон сохранения энергии".
|
|
slavae ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 11:41:37 |
Цитата: adolfus от 02.05.2017 08:49:51
Под словом назад я понимал назад по ходу полёта, а не назад к центру реактора.
Нужно параболическое зеркало, короче )
|
|
Джориан ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 06:35:39 |
Цитата: перегрев от 30.04.2017 23:25:59
А его уже реализовали? Я про тот, где часть охлаждения проходит через вакуум.
|
|
перегрев ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 06:51:41 |
Цитата: Джориан от 01.05.2017 06:35:39
Там всё охлаждение проходит через вакуум, а натурные эксперименты проводились еще на Мире.
|
|
Джориан ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 06:56:59 |
Цитата: перегрев от 01.05.2017 06:51:41
Эксперименты экспериментами, но я про натурную реализацию. ЕМНИП год-два назад как раз с СО был один из больших затыков.
|
|
перегрев ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 07:18:33 |
Цитата: Джориан от 01.05.2017 06:56:59
Натурный эксперимент это есть натурная реализация на лабораторной установке.
ЦитатаЕМНИП год-два назад как раз с СО был один из больших затыков.
Да там куда ни ткни везде одни сплошные затыки. Уж всяко такой теплообменник выглядит по-реальней, чем необслуживаемая АЭУ по циклу Брайтона со сроком службы в 10 лет
|
|
Джориан ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 07:32:49 |
Цитата: перегрев от 01.05.2017 07:18:33
С утра ещё с формулировками ниочинь
Я про конкретную установкуНу какие-то затыки там попроще. Против оной СО я вообще ничего против не имею, просто топтание это... огорчает, скажем так
|
|
перегрев ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 14:38:54 |
Цитата: Джориан от 01.05.2017 07:32:49
Хм.., "огорчает"...
В далеком 1983 году я для себя распланировал в 2000 году экспедицию посещения Марса, в 2015 старт с Луны долговременной экспедиции на Марс... Можем ли мы (в смысле человечество) сейчас осуществить экспедицию на Марс? Можем через 15 лет, если прямо сейчас дружно бросим воевать, наращивать военный потенциал и делать подлянки друг другу. Только, сцука, вспоминается финский фильм "Железное небо", как иллюстрация того, как наверняка будет выглядеть "совместное мирное освоение космоса"
|
|
Osq ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 08:24:48 |
Цитата: перегрев от 30.04.2017 23:25:59
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.
|
|
перегрев ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 14:22:28 |
Цитата: Osq от 01.05.2017 08:24:48
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.
|
|
Osq ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 21:49:04 |
Мне трудно ответить всем сразу. Приношу свои извинения если чей-то вопрос остался нераскрытым.
Постараюсь ответить аргументировано перегреву.
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?
Конечно, это не инженерный расчёт. Это попытка определить, какие ограничения накладывают законы физики на наши «хотелки».
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.
Постараюсь ответить аргументировано перегреву.
Цитата: перегрев от 01.05.2017 14:22:28
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
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
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.
|
|
перегрев ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 23:43:37 |
Цитата: Osq от 01.05.2017 21:49:04
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.
|
|
adolfus ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 22:22:58 |
Цитата: folk от 02.05.2017 21:50:17
такого не бывает, Любая поверхность представлена равновесием между осаждением и испарением.
|
|
Дозик ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 14:31:44 |
Цитата: Osq от 01.05.2017 08:24:48
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.
|
|
mse ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 16:57:25 |
Цитата: Osq от 01.05.2017 08:24:48
На презенташках теплообменник был в виде Х-образных разбрызгивателя и коллектора. Там переизлучение, сравнительно, небольшое.
|
Senya ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 06:48:15 |
Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52
Вот спасибо! Именно этот расчет я искал, но найти не сумел.
Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52
Комнатная? Для радиатора? Крайне нерационально. Ну хотя бы 600К дайте.
Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52
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.
|
|
Osq ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 09:13:12 |
Цитата: Senya от 01.05.2017 06:48:15
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.
|
normalized_ ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 14:16:24 |
Цитата: Osq от 01.05.2017 09:13:12
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.
|
|
Фёдор144 ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 14:03:51 |
Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52
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.
|
|
mse ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 17:05:02 |
Цитата: Фёдор144 от 01.05.2017 14:03:51
Ну, часть уйдёт в работу. Ведь такая моща нужна для движения.
|
|
Фёдор144 ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 10:14:02 |
Цитата: mse от 01.05.2017 17:05:02
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.
|
|
mse ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 13:14:25 |
Цитата: Фёдор144 от 02.05.2017 10:14:02
Энергия 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.
|
|
Фёдор144 ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 14:13:26 |
Цитата: mse от 02.05.2017 13:14:25
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
|
|
mse ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 18:46:49 |
Цитата: Фёдор144 от 02.05.2017 14:13:26
Думаю, ситуацию спасёт то, что в космосе нет земной гравитации и у электронно-ионно-кваркового двигателя копеечная тяга. Т.е. можно ваять раскидистые ажурные конструкции охладителей. Ну демпфировать, чтобы не резонировали. На располагаемых ускорениях, с развитыми охладителями ничего фатального не приключится.
А насчёт низкопотенциального тепла, не всё так однозначно. Щас МКС потребляет 32кВт и рассеивает их своим "телом". ИМХО, там больше забот с переносом тепла свет-тень.
|
|
Alexxey ( Слушатель ) |
| 01 май 2017 22:03:35 |
Цитата: ДядяВася от 01.05.2017 15:39:24
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?
|
ДядяВася ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 16:13:12 |
Цитата: Alexxey от 01.05.2017 22:03:35
Да здесь вроде сравниваются "обычные" холодильники излучатели, типа Рис.1 и капельные.
Цитата: Alexxey от 01.05.2017 22:03:35
Здесь, что то накосячили, вероятно содрав картинку из источника.
Цитата: Alexxey от 01.05.2017 22:03:35
Так я понимаю, это относится к тепловым трубам, где циркулирует жидкий теплоноситель.
ЗЫ. Вдогонку, на англомове - NUCLEAR POWER SYSTEMS FOR HUMAN MISSION TO MARS
|
|
adolfus ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 08:43:10 |
Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52
Нет такого слова "массопередача", есть массоперенос (mass transfer). Это устоявшийся термин.
|
|
adolfus ( Слушатель ) |
| 02 май 2017 08:58:02 |
Цитата: Osq от 30.04.2017 20:59:52
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.