12 / 21
Сложность создания таких установок состояла в исключении за-
мерзания ракетного горючего в связи с большой разностью температур
между кипящим азотом и охлаждаемыми компонентами, преимуще-
ство — в исключении загрязнения окружающей среды и сохранении
горючего при охлаждении в кондиции по параметрам газо- и влагосо-
держания.
Работы по исследованию и моделированию охлаждения компонен-
тов ракетного топлива с использованием жидкого азота были прове-
дены в МГТУ им. Н.Э. Баумана [2–12].
Моделирование процессов охлаждения углеводородного горюче-
го с использованием жидкого азота и секций теплообменников типа
“труба в трубе” [2, 3, 7] позволяет прогнозировать параметры и эффек-
тивность охлаждения горючего по относительным затратам жидкого
азота
m
a
в зависимости от относительной массы емкости заправочной
системы
m
е
, ее теплоемкости, расхода азота в секциях теплообменни-
ков
G
а.с.т
и числа таких секций
n
в системе охлаждения горючего с
использованием следующих соотношений:
m
a
=
−
nG
а.с.т
с
г
+
m
е
с
е
+
n
X
m
i
c
i
k
e
F
e
+
n
(
k
тр
F
тр
+
k
т
F
т
+
G
а.с.т
c
a
)
ln
Т
г.к
−
Т
г.п
Т
г.н
−
Т
г.п
;
Т
г.п
=
k
e
F
e
T
н
+
n
{
Q
н
+
k
тр
F
тр
T
н
+
k
т
F
т
T
н
+
G
а.с.т
[
r
a
−
c
a
(
T
к.a
−
Δ
T
ндр
)]
}
k
e
F
e
+
n
(
k
тр
F
тр
+
k
т
F
т
+
G
а.с.т
c
a
)
,
m
a
=
m
a
m
г
;
m
е
=
m
е
m
г
;
m
i
=
m
i
m
г
,
где
m
а
— масса азота, затрачиваемая на процесс охлаждения;
m
г
,
m
е
—
массы охлаждаемого горючего и емкости заправочной системы;
m
i
,
c
i
— массы и удельные теплоемкости элементов в циркуляционном
контуре горючего в секции теплообменника;
с
г
,
с
е
,
с
а
— удельные те-
плоемкости горючего, емкости и газообразного азота;
k
e
,
F
e
— коэф-
фициент теплопередачи и площадь поверхности емкости;
Т
н
— тем-
пература наружного воздуха;
k
тр
,
F
тр
— коэффициент теплопередачи и
площадь поверхности труб в контуре циркуляции горючего;
k
т
,
F
т
—
коэффициент теплопередачи и площадь поверхности секции тепло-
обменника;
Т
г.н
,
Т
г.к
– начальная и конечная температуры горючего;
Т
к.а
— температура кипения азота в секции теплообменника;
Δ
Т
ндр
—
температурный перепад недорекуперации газообразного азота в сек-
ции теплообменника;
r
а
— удельная теплота кипения азота.
При моделировании процессов охлаждения горючего и характе-
ристик оборудования контура охлаждения с использованием приве-
денных соотношений выявлены предпочтительные режимы подачи
жидкого азота в установку при суммарных расходах 0,3. . . 0,6 кг/с,
при которых обеспечиваются минимальные относительные затраты
18 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2016. № 2