4 / 9
Рис. 2. Расчетная схема для
определения теплового излу-
чения от объекта к экрану
элементарных площадок
dS
1
и
dS
2
, участ-
вующих в теплообмене излучением и рас-
положенных под углами
β
1
и
β
2
(рис. 2)
друг к другу, закон Ламберта позволяет
определить тепловые потоки следующим
образом:
d
d
1
↔
d
2
=
σε T
4
1
−
T
4
2
cos
β
1
cos
β
2
πS
2
dS
1
dS
2
,
(1)
где
σ
— постоянная Стефана – Больцмана;
ε
— степень черноты экрана;
S
— площадь
криогенного экрана;
Т
1
и
Т
2
— температу-
ры объекта и экрана.
Если пренебречь обратным тепловым излучением с экрана на объ-
ект, что справедливо при использовании гелиевого криогенного экра-
на и принятии нулевой температуры
Т
2
, то достигаемая в тепловом
равновесии конечная температура объекта
Т
1
определяется через ин-
тегрирования выражения (1) по площади криогенного экрана:
T
1
=
4
s
Q
d
1
↔
d
2
πS
σε
cos
β
1
cos
β
2
.
(2)
Согласно выражению (2) конечная равновесная температура объ-
екта прямо пропорциональна площади криогенного экрана и обратно
пропорциональна степени черноты экрана. Расположение экрана вбли-
зи испытуемого объекта позволяет достичь более низких температур
и обеспечить их заданное криостатирование. Увеличение отводимого
теплового потока при сокращении расстояния между экраном и источ-
ником способствует сокращению времени охлаждения космического
аппарата.
Работа системы охлаждения может осуществляться как с приме-
нением одного криоагента, обычно азота с одинаковой температурой
кипения, так и нескольких криоагентов с различными температура-
ми кипения, например азота и гелия. В последнем случае охлаждение
осуществляется в два этапа — сначала с помощью жидкого азота, охла-
ждающего криогенные экраны, а затем жидкого гелия. Наиболее рас-
пространены схемы с различными криогенными экранами для азота
и гелия. Данный вариант позволяет достичь на объекте температуру
70. . . 20 K [10].
Для расчета процесса охлаждения объекта с применением одного
хладагента в математической модели учитываются следующие тепло-
вые потоки: от объекта к криогенному экрану, от криогенного экрана
к объекту, от окружающей среды к объекту и от окружающей среды к
криогенному экрану.
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2015. № 1 59