Анализ эффективности охлаждения углеводородного топлива с использованием жидкого азота и комбинации рекуперативных теплообменников
Авторы: Александров А.А., Бармин И.В., Золин А.В., Чугунков В.В.
Опубликовано в выпуске: #3(99)/2020
DOI: 10.18698/2308-6033-2020-3-1965
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Наземные комплексы, стартовое оборудование, эксплуатация летательных аппаратов
Приведено описание системы охлаждения топлива с применением жидкого азота и комбинации рекуперативных теплообменников, включающей секции теплообменника «труба в трубе» и витого теплообменника, размещенного в резервуаре с анти-фризом, охлаждаемым газообразным азотом, выходящим из секций теплообменника «труба в трубе». Рассмотрены математические модели процессов охлаждения для двух вариантов движения топлива и жидкого азота в каналах секций теплообменника «труба в трубе». Их применение позволяет анализировать эффективность операций охлаждения топлива в зависимости от его массы, конструктивных параметров емкостей и теплообменников системы, расходных характеристик азота и топлива, а также прогнозировать потребную массу жидкого азота и время операций охлаждения топлива при эксплуатации систем заправки стартовых комплексов. Представлены расчетные зависимости и результаты моделирования охлаждения топлива и антифриза в резервуаре с витым теплообменником. Проанализировано влияние вариантов организации процессов охлаждения топлива и расхода жидкого азота на эффективность системы охлаждения. Выявлены возможности сократить время проведения операции охлаждения топлива посредством оборудования стартовых комплексов и уменьшить затраты жидкого азота по сравнению с существующими системами.
Литература
[1] Александров А.А., Денисов О.Е., Золин А.В., Чугунков В.В. Охлаждение ракетного топлива стартовым оборудованием с применением жидкого азота. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2013, № 4, с. 24–29.
[2] Александров А.А., Бармин И.В., Кунис И.Д., Чугунков В.В. Особенности создания и развития криогенных систем ракетно-космических стартовых комплексов «Союз». Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машино-строение, 2016, № 2, с. 7–27.
[3] Комлев Д.Е., Соловьев В.И. Охлаждение нафтила методом криогенного барботажа. Новости техники. Москва, КБТМ, 2004, с. 137–141.
[4] Домашенко А.М., Блинова И.Д. Исследования тепломассообмена при сбросе криогенных продуктов в воду. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2007, № 12, с. 17–19.
[5] Накоряков В.Е., Цой А.Н., Мезенцев И.В., Мелешкин А.В. Вскипание струи жидкого азота, инжектированного в воду. Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии, 2013, № 1 (12), с. 260–264.
[6] Nakoryakov V.E., Tsoi A.N., Mezentsev I.V., Meleshkin A.V. Boiling-up of liquid nitrogen jet in water. Thermophysics and Aeromechanics, 2014, vol. 21, iss. 3, pр. 279–284.
[7] Накоряков В.Е., Цой А.Н., Мезенцев И.В., Мелешкин А.В. Экспериментальные исследования процесса инжекции жидкого азота в воду. Теплофизика и аэромеханика, 2014, т. 21, № 3, с. 293–298.
[8] Александров А.А., Бармин И.В., Павлов С.К., Чугунков В.В. Результаты экспериментальных исследований процессов температурной подготовки углеводородного топлива с использованием теплообменника, размещенного в антифризе. Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, № 1 (85). DOI: 10.18698/2308-6033-2019-1-1842
[9] Александров А.А., Бармин И.В., Павлов С.К., Чугунков В.В. Исследование параметров теплообмена витого теплообменника в двухфазной среде. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2019, № 3 (84), с. 22–33. DOI: 10.18698/1812-3368-2019-3-22-33
[10] Кобызев С.В. Методика расчета коэффициентов массоотдачи при осушке углеводородного ракетного топлива. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011, № 11. URL: http://engineering-science.ru/doc/245147.html (дата обращения: 20.01.2020).
[11] Кобызев С.В. Моделирование массообменных процессов при обезвоживании углеводородного ракетного горючего барботированием азотом. Актуальные проблемы Российской космонавтики: Материалы XXXVI Академических чтений по космонавтике. Москва, Комиссия РАН, 2012, с. 356–357.
[12] Кобызев С.В. Методика поверочного расчета процесса осушки углеводородного горючего методом барботажа газообразным азотом. Актуальные проблемы российской космонавтики: Материалы XXXVII академических чтений по космонавтике. Москва, Комиссия РАН, 2013, с. 385–386.
[13] Домашенко О.Е. Системы термостатирования. В кн. История развития отечественной наземной ракетно-космической инфраструктуры. Москва, ООО «Издательский дом «Столичная энциклопедия», 2017, с. 299–301.
[14] Павлов С.К., Чугунков В.В. Повышение эффективности системы охлаждения ракетного топлива с использованием теплообменника и антифриза, охлаждаемого жидким азотом. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, вып. 1 (49), с. 2. DOI: 10.18698/2308-6033-2016-1-1461
[15] Александров А.А., Бармин И.В., Павлов С.К., Чугунков В.В. Аналитическая модель эффективной технологии температурной подготовки ракетного топлива в емкостях заправочных систем наземных комплексов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2017, № 4 (685), с. 86–95.
[16] Chugunkov V.V., Denisova K.I., Pavlov S.K. Effective models of using liquid nitrogen for cooling liquid media. AIP Conference Proceedings — XLIII Academic Space Conference, 2019, vol. 2171, no. 200002. DOI: 10.1063/1.5133360