Другие журналы
|
научное издание МГТУ им. Н.Э. БауманаНАУКА и ОБРАЗОВАНИЕИздатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211. ISSN 1994-0408![]()
Методика моделирования охлаждения компонентов ракетного топлива с применением жидкого азота и промежуточного теплоносителя
# 03, март 2014 DOI: 10.7463/0314.0699941
Файл статьи:
![]()
Температурная подготовка компонентов ракетного топлива (КРТ) перед заправкой ими топливных баков изделий ракетно-космической техники – одна из операций, реализуемых технологическим оборудованием наземных комплексов космодромов. Охлаждение высококипящих КРТ проводится для увеличения их плотности и создания запаса холода для компенсации нагрева в ходе проведения заправочных и последующих операций предстартовой подготовки ракет космического назначения. Рассматривается методика и результаты моделирования охлаждения КРТ в рекуперативном теплообменнике теплоносителем, в свою очередь охлаждаемым посредством барботажа жидким азотом. Система охлаждения состоит из двух рабочих емкостей (для охлаждаемого КРТ и теплоносителя), контуров циркуляции КРТ и теплоносителя через теплообменник, а также системы охлаждения теплоносителя в емкости при барботаже жидким азотом. Введение промежуточного теплоносителя между КРТ и жидким азотом позволяет исключить кристаллизацию КРТ на охлажденных поверхностях теплообменника. Моделирование работы таких систем необходимо для определения их основных проектных параметров, обеспечивающих эффективное охлаждение компонентов ракетного топлива, времени и количества жидкого азота, затрачиваемых на операцию. Создание математической модели является сложной задачей из-за необходимости учёта многих различных теплообменных процессов, протекающих при работе системы. Также, для определения влияния различных параметров на протекающие процессы необходимо учитывать зависимость всех параметров теплообмена друг от друга: коэффициентов теплоотдачи, коэффициентов теплопередачи, тепловых потоков и т.д. Приведен обзор зарубежных и российских публикаций из 10 наименований, посвященных отдельным вопросам и процессам, протекающим при охлаждении жидких сред, в том числе и КРТ, жидким азотом. Сделан вывод о необходимости определения условий охлаждения КРТ до требуемой температуры при наименьших затратах жидкого азота. Экспериментальные данные, приведенные в данных публикациях согласуются с результатами применения рассматриваемой модели и её составных частей. В предложенном алгоритме расчетов математические модели разделены на три блока, между которыми предусмотрен обмен данными и промежуточными результатами. Отдельные блоки содержат модели теплопритоков в контурах циркуляции КРТ и теплоносителя, модели охлаждения-нагрева КРТ и теплоносителя в теплообменнике и модели теплообмена КРТ и теплоносителя в емкостях. При проведении вычислений учитываются изменения теплофизических свойств КРТ и теплоносителя от температуры, а также характеристики насосов. Модель теплопритоков от насосных установок включает в себя гидромеханический расчёт циркуляционного контура и расчёт величины теплового потока, выделяемого насосом. Модель работы теплообменника основана на дифференциальных уравнениях стационарного теплообмена, где в качестве переменной выступает координата по длине теплообменника. Результаты работы этих двух моделей включаются в модель теплообмена горючего и теплоносителя в их емкостях, которая основана на дифференциальных уравнениях квазистационарного теплообмена. Результатами моделирования являются интерполированные функции температур горючего и теплоносителя, а также металлических оболочек их емкостей. Анализируя эти графики можно вычислить показатели эффективности работы системы охлаждения: время охлаждения партии и относительные затраты жидкого азота (масса затраченного жидкого азота, отнесенная к массе охлаждаемой партии). Для рассматриваемого в качестве примера случая охлаждения порций 13260 кг и 3300 кг высококипящего окислителя при различных комбинациях параметров системы время охлаждения составляет 2,8…78,3 часов, а относительные затраты азота составили 0,178…0,322. Сделан вывод о возможности использования разработанного методического аппарата для моделирования охлаждения ракетного топлива оборудованием наземных комплексов с применением жидкого азота и промежуточного теплоносителя для определения рациональных конструктивных и функциональных параметров оборудования системы, при которых достигаются наименьшие затраты жидкого азота на проведение охлаждения КРТ. Список литературы
Публикации с ключевыми словами: жидкий азот, стартовое оборудование, теплообменник, охлаждение ракетного топлива Публикации со словами: жидкий азот, стартовое оборудование, теплообменник, охлаждение ракетного топлива Смотри также:
Тематические рубрики: Поделиться:
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|