1 / 13 Next Page
Information
Show Menu
1 / 13 Next Page
Page Background

Инженерный журнал: наука и инновации

# 2·2017 1

УДК 536.246:536.421.1 DOI 10.18698/2308-6033-2017-02-1590

Определение начального уровня заполнения емкости

шугообразным криопродуктом

© А.В. Тарасова, Г.Н. Товарных

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Получены соотношения для нахождения начальной степени заполнения сферической и

торовой емкостей жидкой фазой и шугой с учетом изменения объема, занимаемого

криопродуктом, вследствие плавления твердой фазы и теплового расширения жид-

кой фазы. Принято, что область шуги изотермична и имеет температуру плавле-

ния 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 за-

кону. Полученные приближенные соотношения позволяют провести оценку размеров

требуемой «газовой подушки» при плавлении шугообразного криопродукта

в емко-

сти без детального расчета температурных полей в области чистой жидкости.

Ключевые слова:

криогенная жидкость, криопродукт, жидкость, шуга, «газовая

подушка», плавление, емкость, бак

В настоящее время пилотируемое исследование дальнего космоса

представляет все больший интерес. При проведении предыдущих ра-

бот [1, 2], посвященных расчету времени плавления шугообразного

криопродукта в емкостях различной формы, в том числе сферической

и торовой, возник вопрос, который может быть актуальным при про-

ектировании топливных баков: каким должен быть начальный уро-

вень заполнения емкости шугообразным криопродуктом?

В работах [3, 4] представлены результаты численного решения

задачи о плавлении шугообразного криопродукта в цилиндрической

емкости. Использованию предварительного охлаждения жидкостей

для уменьшения их потерь при хранении посвящена работа [5]. Ме-

тодика расчета положения подвижной границы с учетом плавления

твердой фазы представлена в работах [6–10].

В данной статье получены приближенные формулы для опреде-

ления размеров требуемой «газовой подушки» при плавлении шуго-

образного криопродукта в сферической и торовой емкостях.

Рассмотрим сначала изменение объема, частично занимаемого

криопродуктом, только вследствие плавления твердой фазы для сфе-

рического бака радиусом

R

(рис. 1). При этом шуга, занимающая

объем

ш

,

V

рассматривается как квазижидкая среда. Оставшийся объ-

ем

0

V

— это объем «газовой подушки». Граница раздела шуга — об-