А. С. Черкасова, студентка VI курса
Исследовательский центр им. М. В. Келдыша
При бездренажном хранении криогенного топлива в условиях длительного космического полета одним из наиболее важных элементов является прогнозирование скорости роста давления. Большинство методик рассматривает конфигурацию, состоящую из одной паровой подушки и жидкой фазы топлива. Однако в условиях невесомости количество и расположение паровых включений может быть различным, тем самым существенно влияя на теплофизические процессы в топливных баках.
В работе исследуется влияние распределения паровых объемов на рост давления в баке на примере одномерной модели. Рассматривается бак цилиндрической формы, частично заполненный криогенной жидкостью, причем распределение паровых объемов может быть произвольным по высоте. К верхнему днищу бака подводится равномерный тепловой поток. Решается уравнение теплопроводности для жидкости с граничным условием, полученным интегрированием уравнения энергии для пара. Данное граничное условие получено в общем виде в предположении равенства температуры пара температуре поверхности раздела фаз.
Проведено численное моделирование теплофизических процессов при различных конфигурациях паровой фазы, как то: одна подушка у верхнего или нижнего днища, две подушки с варьируемыми в широком диапазоне объемами на разных высотах и т. д. Расчеты проводились для различных уровней заполнения и величин внешнего теплового потока. Для оценки результатов было произведено сравнение данной методики с методикой, которая учитывает температурное расслоение в паре, описанной в [1]. Несмотря на то, что температура пара непосредственно вблизи днища, к которому подводится тепло, сильно отличается от температуры зеркала, рост температуры поверхности раздела фаз и, следовательно, давления в обеих методиках разнятся незначительно.
Получены результаты по эволюции давления и температуры, профили температуры в жидкой фазе, тепловые потоки в жидкость, расход пара на испарение. Из расчетных данных очевидно, что количество и конфигурация паровых включений сильно влияет на рост температуры и тем более давления в баке. Например, при разбиении подушки на несколько частей рост давления существенно замедляется. Таким образом, сделан вывод о несомненном влиянии распределения паровой фазе в баке на его тепловой режим.
Литература
- Черкасова А. С. Влияние отбора пара на тепловой режим криогенного топливного бака. XLIII научная конференция Московского Физико-Технического Института, тезисы докладов, с.33, 2000.
- Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Москва, изд-во “Наука”, 1972.
