1
УДК 536.246:536.421.1
Приближенный метод расчета времени плавления
шугообразного криопродукта в сферической емкости
© А.В. Тарасова, Г.Н. Товарных
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Предложен приближенный аналитический метод расчета времени плавления
шугообразного криопродукта в сферической емкости при дренажном хранении.
Рассмотрена задача о нахождении положения границы раздела между чистой
жидкостью и шугой с учетом тепловых потоков со стороны стенок сферической
емкости и из области чистой жидкости. В задаче принято, что область шуги
изотермична и имеет температуру плавления твердой фазы, граница раздела
шуга — чистая жидкость плоская, свободная поверхность жидкости неподвижна
и имеет температуру насыщения при заданном давлении. Температура в области
чистой жидкости распределена по линейному закону.
Полученные приближенные
соотношения позволяют оценить время плавления шугообразного криопродукта в
емкости без детального расчета температурных полей в области чистой жидко-
сти.
Ключевые слова:
криогенная жидкость, криопродукт, дренажное хранение, жид-
кость, шуга, плавление, емкость.
В настоящее время наблюдается повышение интереса к пилоти-
руемому исследованию дальнего космоса, а также к освоению Луны.
Очевидно, что для этих целей не будут использоваться ЖРД, работа-
ющие на высококипящих низкоэффективных компонентах топлива.
Основное место займут ядерные ракетные двигатели, поскольку они
обладают высоким удельным импульсом и высокой тягой. Однако
рабочим телом в таких двигателях является жидкий водород, кото-
рый имеет низкую плотность и низкую температуру кипения и про-
сто выкипает при использовании пассивных средств хранения.
Одним из эффективных путей уменьшения потерь криогенных
жидкостей при хранении является их предварительное глубокое
охлаждение вплоть до тройной точки, а также хранение в шугообраз-
ном состоянии. Шугообразный криопродукт представляет собой
смесь жидкой и твердой фаз.
При использовании криопродуктов в шугообразном состоянии
намного снижаются затраты на транспортировку и хранение, по-
скольку тепло, проникающее в резервуар, тратится вначале на плав-
ление твердых частичек и лишь затем — на нагрев и испарение жид-
кости.