2 / 10
А.В. Тарасова, Г.Н. Товарных
2
Низкая плотность и низкая температура кипения жидкого водо-
рода затрудняют его использование для продолжительных космиче-
ских полетов. Переход на шугообразный водород позволит повысить
плотность и увеличить хладоемкость, а следовательно, увеличить
время хранения водорода. Результаты исследований по применению
шугообразного водорода в качестве ракетного топлива показали, что
по сравнению с применением насыщенной жидкости можно увели-
чить массу полезного груза и соответственно уменьшить потери топ-
лива.
Исследование процессов охлаждения, хранения и транспорти-
ровки криопродуктов в неустановившихся режимах при наличии
внешних теплопритоков, фазовых переходов и вибрационных
нагрузок имеет важное значение. В работах [1, 2] приведены ре-
зультаты численного решения задачи о плавлении шугообразного
криопродукта в цилиндрической емкости. Использованию предва-
рительного охлаждения жидкостей с целью уменьшения их потерь
при хранении посвящена работа [3]. Методика расчета положения
подвижной границы с учетом плавления твердой фазы представлена
в работах [4–8].
В настоящей статье получены приближенные формулы для опре-
деления времени плавления шугообразного криопродукта в сфериче-
ской емкости.
Шуга рассматривается как квазижидкая среда. Плавление проис-
ходит как под действием тепловых потоков, поступающих со сторо-
ны твердых стенок, имеющих контакт с шугой, так и под действием
теплового потока, поступающего к шуге сверху, со стороны чистой
жидкости. При этом принимается предположение о том, что темпера-
тура в чистой жидкости распределена в вертикальном направлении
по линейному закону (рис. 1).
Балансное условие Стефана для шуги, частично заполняющей
сферическую полость, имеет вид
нас пл
б ж
ж
пл тв
0
,
T T
q S
S dt L
dV
(1)
где
q
— удельный тепловой поток;
ж
— теплопроводность жидкой
фазы;
t
— время;
пл
L
— теплота плавления;
тв
— плотность твердой
фазы;
нас
T
—
температура насыщенных паров (температура границы
раздела жидкость — пар);
— концентрация твердой фазы в шуге;
dV
— элементарный объем, в котором происходит плавление шуги
(другие обозначения — см. подпись к рис. 1).