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-