Рис. 1. Схема охлаждения горючего кипящим азотом:
1
и
2
— емкости с жидким горючим и азотом;
3, 4
— дроссельный вентиль;
5
— газификатор-испаритель;
6
— контур охлаждения горючего;
7
— насос;
8
—
теплообменник охлаждения горючего;
9, 14
— отвод газообразного азота;
10, 12
—
вентиль;
11
— фильтр;
13
— барботер;
15
— линия дегазации горючего
может направляться в барботер емкости-хранилища (рис. 1), что способствует
выравниванию температуры топлива по объему емкости-хранилища в про-
цессе охлаждения горючего и удалению воды, пары которой диффундируют
в пузырьки азота при их всплытии в топливе.
Проблемными вопросами создания систем охлаждения горючего на осно-
ве использования кипящего жидкого азота являются обеспечение режимов
охлаждения горючего, исключающих его намерзание на теплообменных по-
верхностях при температурах начала кристаллизации горючего ниже
−
60
◦
C
и кипении азота в теплообменнике в диапазоне температур
−
190
. . .
−
196
◦
C,
а также необходимость создания методического аппарата выбора рациональ-
ных параметров системы по расходам жидкого азота и горючего через те-
плообменники системы охлаждения из условия минимизации затрат азота на
охлаждение топлива.
Разработан методический аппарат для анализа процессов охлаждения
углеводородного горючего с использованием внешнего теплообменника, вы-
полненного по схеме “труба в трубе” с охлаждающей средой в виде кипящего
жидкого азота, двигающегося во внутренней трубе при движении горючего
в кольцевом зазоре теплообменника (рис. 2).
Исключение намерзания горючего на наружной поверхности внутренней
трубы теплообменника достигается созданием режима теплоотдачи со сторо-
ны горючего, зависящего от скорости его движения в теплообменнике, при
котором температура внешней поверхности внутренней трубы не должна
быть ниже значения
−
60
◦
С. Для повышения теплоотдачи горючего к вну-
тренней трубе ее наружная поверхность искусственно выполняется шерохо-
ватой за счет создания рельефной поверхности или кольцевых выступов для
разрушения пограничного слоя на теплообменной поверхности внутренней
трубы теплообменника со стороны горючего.
Разработанная математическая модель охлаждения горючего в емкости-
хранилище основана на уравнениях квазистационарной теплопередачи, за-
писанных для корпуса и опор емкости-хранилища и контура охлаждения
горючего с учетом теплового взаимодействия с окружающей средой и тепло-
вого потока, подводимого к горючему насосной станцией, обеспечивающей
его циркуляцию через теплообменники системы охлаждения [2]. На основе
данной модели создана методика, позволяющая определять и оптимизиро-
вать проектные параметры контура охлаждения горючего для достижения
42 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2011. № 1
