Условия работы криоэкранов в различных ТВК и в различных зонах одной камеры существенно различны. Это приводит к различию оптимальных характеристик экранов. Оптимизация геометрических параметров профилей и ячеек криоэкранов связана с расчетами показателей эффективности экранов αЭФ; ξЭФ, ξМ. Эти расчеты требуют совместного рассмотрения конвективного теплообмена в канале профиля, кондуктивного теплопереноса в теле профиля и лучистого теплообмена между поверхностями ячейки экрана.
Таким образом криогенные системы применяются в установках для решения двух задач: моделирования поглощения излучения КА космосом и осуществления в установках криогенной вакуумной откачки.
Тепловые потоки, излучаемые с поверхностей КА (имеющих температуру Т~300 K), поглощаются практически полностью космическим пространством (То~ЗК).
Количество тепла, поглощаемого в единицу времени с единицы поверхности, определяется уравнением Стефана — Больцмана.
В установках это явление моделируется обычно с помощью поверхностей, имеющих высокую степень черноты и охлаждаемых до температуры жидкого азота (≤100 К). При этом ошибка, обусловленная различием температур окружающей среды в космосе и установке, не превышает - 1%.
Отметим, что указанное устройство одновременно выполняет функции азотного криоконденсационного насоса, который откачивает Н2О, СО2 и другие пары и газы.
Тепловые нагрузки на отдельные участки таких поверхностей могут достигать ~1400 вт/м2 (как на орбите Земли) и более высоких значений.
Криогенная откачка в установках
осуществляется с помощью крионасосов, использующих жидкий азот
(77...100 К), газообразный (~ 10...20 К) и жидкий гелий
(4,2 К). Эти насосы изготавливаются в виде криорешеток различной
конфигурации, охлаждаемых специальными хладагентами.
Для обеспечения питания охлаждающих систем установок жидким азотом, газообразным или жидким гелием используются установки, работающие в рефрижераторных или ожижительных режимах, криостаты, насосы для перекачки жидкого азота, емкости для хранения больших количеств жидкого азота, специальные вакуумированные трубопроводы для перекачки жидкого азота.
На рисунке 3.2.12. представлена схема устройства типовой криогенной системы установки моделирования космических вакуумных условий, оснащенной охлаждением с помощью жидкого азота и “холодного” (20 К) газообразного гелия.
Снабжение установок жидким азотом осуществляется, как правило, двумя путями:
а) прокачкой жидкого азота через систему криорешеток или его заливкой в охлаждаемую рубашку под атмосферным давлением (открытая система);
б) прокачкой жидкого азота через криорешетки под повышенным (до ~10ат.) давлением (замкнутая система).
Второй способ по сравнению с первым сложнее с конструктивной точки зрения, однако, экономичнее с точки зрения расхода жидкого азота, а главное - позволяет избежать вскипания азота в системе и образования газовых пробок. Температура азота под избыточным давлением выше температуры азота, испаряющегося под атмосферным давлением.
Жидкий азот подается в криогенную систему из специальных транспортных емкостей (танков), оснащенных для прокачки под давлением специальными жидкостными насосами погружного типа. Танки могут заполняться жидким азотом либо привозимым извне с промышленных предприятий, либо производимым на месте потребления в ожижительных установках.
Снабжение криогенных систем жидким и “холодным” (20 К) газообразным гелием может осуществляться следующим образом:
а) жидкий гелий производится на промышленных предприятиях и привозится извне в сосудах Дьюара;
б) жидкий гелий производится на месте в ожижительных установках и подается к установкам в сосудах Дьюара;
в) “холодный” (10...20 К) газообразный
гелий производится на месте в установках замкнутого типа, работающих по
рефрижераторному циклу.
Последняя схема используется, как правило, для питания крупногабаритных установок.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.