Активная теплоизоляция «Бурана»

Н_Т – шаг ТА.

После жиклера падает давление и, следовательно температура насыщения. В результате чего испаряется LO₂ и отбирается теплота, равная r_ev, со стенок ТА. Стенки охлаждаются до .

Активная теплоизоляция всегда применяется совместно с пассивной теплоизоляцией. Для уменьшения теплопритоков используется пар, который выделяется в результате испарения жидкости, либо газ с низкой температурой (гелий), циркулирующий в контуре термостатирования.

Показатели эффективности изоляции

Эффективность теплоизоляции определяется её теплопроводностью l_эф. Обычно её оценивают в мВт/(м·К). Однако, сложная конструкция ёмкости, технология изготовления теплоизоляции, наличие термомостов не позволяют однозначно оценивать эффективность теплоизоляции только по коэффициенту теплопроводности теплоизоляции. Поэтому для криогенной техники используют коэффициент комплексной оценки эффективности теплоизоляции, характеризующий убыль жидкости в них при хранении в единицу времени.

Коэффициент комплексной оценки эффективности теплоизоляции (коэффициент эффективности теплоизоляции) определяет скорость испарения жидкости в единицу времени:

,

где М_l – масса жидкости в сосуде;

– время (час);

– скорость испарения жидкости;

,

где V – объём сосуда;

– объёмная доля, занимаемая газом

r_l – плотность жидкости.

Скорость испарения жидкости определяется суммарным теплопритоком и величиной теплоты парообразования – r_ev:

.

Эта зависимость справедлива для случая хранения жидкости при температуре насыщения (т.е. её температура равна температуре насыщения при заданном давлении в ёмкости).

После подстановки выражений (3) и (4) в уравнение (2) получим:

.

Таким образом, испаряемость жидкости в ёмкости хранения определяется её объёмом, степенью заполнения, теплопритоком, величиной скрытой теплоты парообразования и плотностью жидкости.

Чем меньше объём бака и степень его заполнения, тем выше испаряемость жидкости. Оценка скорости испарения производится при максимальной степени заполнения ёмкости (0.85…0.95). Обычно она принимается равной 0.95.

Размерность коэффициента комплексной оценки эффективности теплоизоляции - .

Теплоизоляция считается удовлетворительной при потерях меньше 1% в сутки. Если условно оценить потери азота в некоторой ёмкости за 1% в сутки, то величина потерь для водорода вырастает до 5% в сутки, а гелия - до 60% в сутки.

После изготовления криогенной ёмкости расчетное значение величины потерь уточняется опытным путём. Для измерения суммарного теплопритока Q_S в эксперименте можно использовать датчики теплового притока. Однако наиболее надёжным и точным является определение теплопритока при длительном хранении криожидкости в ёмкости по величине испарившейся массы жидкости.

Тепловые мосты

Криогенные емкости с жидкостью, внутренние корпуса криостатов, ожижителей и рефрижераторов с помощью элементов крепления соединены с наружным кожухом, находящимся при температуре окружающей среды. Эти элементы проходят через изоляционное пространство и являются тепловыми мостами, по которым передается теплота от наружной оболочки к холодным внутренним частям.

К тепловым мостам относятся следующие основные элементы: подвески, опоры, трубопроводы, элементы датчиков.

Все конструкции термомостов, кроме основных целевых функций, должны обеспечивать минимальные теплопритоки в зоны с низкой температурой. Для этого используют следующие приемы:

1. увеличение длины и уменьшение площади поперечного сечения элементов конструкций;

2. уменьшение площади контакта сопрягаемых конструкций (оптимальный вариант – по сфере);

3. обеспечение минимального градиента температур в зоне низкой температурой;

4. выбор материалов с минимальным коэффициентом теплопроводности (титан, нержавеющая сталь, композиционные материалы);

5. обеспечение теплоизоляции боковых поверхностей термомостов.

Тепловые мостыдля магистрали.

Дистанцирующие элементы:

Силовые элементы предотвращают разрушение магистралей при вибрации от работы двигателей.