Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М., страница 60

Чем больше~выдвинуты регулирующие стержни, тем при большем нейтронном потоке, а следовательно, при большей тепловой мощности реактивность реактора падает до нуля. Тепловая мощность реактора определяется положением регулирующих стержней. Уровень, до которого можно повышать тепловую мощность, определяется способом охлаждения и термостойкостью реактора. Перемещение управляющих и аварийных стержней производится двигателями, связанными с датчиками, чувствительными к величине нейтронного потока в реакторе.

Зависимость нейтронного потока и тепловой мощности реактора от глубины погружения регулирующих стержней показана на фиг. 200 5-образная форма кривой объясняется тем, что у периферии реактора поток мал, так что введение стержня лишь незначительно уменьшает общее число нейтронов в реакторе. Введение стержня в центральную область активной зоны, где поток нейтронов велик, оказывает на общий баланс нейтронов гораздо более существенное воздействие и вызывает большее изменение тепловой мощности.

364 Работа реактора полностью управляема. По мере «выгорания» делящегося вещества и накопления осколков деления реактивность реактора уменьшается и регулирующие стержни приходится выводить. Расход ядерного горючего нетрудно подсчитать по тепловой мощности реактора Уо кот: 0=0,24 — а кг/век=864 — а кг~'час, Н Н юо ь го ~й бв и % ь 40 « й 20 Вмбеден Вбебен положение унрпбляющего стержня Фиг. 200. Зависимость нейтронного потока в реакторе и тепловой мошности реактора от глубины погружении регулируюшик стержней, 0=8б4 =0,018 кг/час=18 г/час=5 мг1свк.

400 000 1,9 101о Для 40-часового кругосветного перелета со скоростью 1000 кмуиас потребуется израсходоватывсего 720 г ядерного горючего. ф 5. ОХЛА)КДЕНИЕ РЕАКТОРА И ПОДОГРЕВ ВОЗДУХА Воздух, протекающий через теплообменник реактора для ПВРД, должен подогреваться до оптимальной температуры Тзз.

Определив подогрев и задавшись потребной тягой, находим расход воздуха через теплообменник реактора сг,. Задавшись допустимой величиной приведенной скорости горячего воздуха на выходе нз теплообменника ).з, определяем из (2. 74) потребное проходное сечение теплообменника: я О и (йг+ 1) Уггтзз з= тзюз 1' 2кйг Розу ("з) 111. 21) где Н вЂ” количество энергии, освобождающееся при делении 1 кг урана-235, в ккал/кг: Н=1,9 ° 10'з ккал/кг.

Расход ядерного горючего на тяжелом атомном самолете с восемью ТРД при тепловой мощности Ага=400 000 квт. Найденное сечение составляет некоторую часть от миделевого сечения двигателя 5„: -"- = и) 1. (11. 22) з'з Геометрию теплообменника следует рассчитать так, чтобы протекающий через него воздух нагревался до требуемой температуры Т„. Расчет теплообменника для подогрева воздуха производится обычным способом. Температуры воздуха на входе в теплообменник и на выходе из него обозначим через Тое и Те,. Температуры теплоносителя на входе амкод деод Теплопоеитепв аг дозду гоз Фнт. 201.

Схема теилообменннка, в теплообменник и на выходе из него обозначим через Т,' и Т; (фиг. 201). Количество теплоты, ежесекундно получаемой воздухом в теплообменнике, равно тепловой мощности Уо.' )Уд авотеппи Т, (11.-23) где а, — коэффициент теплопередачи; Лт,— поверхность соприкосновения, между воздухом и теплообменником; Ь Т вЂ” средний температурный напор. Из теории теплообменных устройств известно, что средний температурный напор а случае постоянного по теплообменнику коэффициента теплопередачи а,=сопз1 равен (Т, — Тег) — <Тз — тез) ЬТ = Тг — 'Тез 1и Тз — Тоз (11. 24) Тоз — Тоз !п Т вЂ” Т Т вЂ” Т (11.

25) 366 Температуру реактора с непосредственным подогревом воздуха будем считать в первом приближении постоянной по всей активной зоне: 7;= Т,= Тр. В этом случае Коэффициент теплопередачи а,.вл зависит от кригерия Нуссельта, который определяется критериями Рейнольдса и Прандтля, а также теплопроводностью Х: ачевл= — э (11. 26) (11.27) (11. 28) Хи=у'((се, Рг), йе= — = —, Рг=— м44 вит лвя ч Яя Л Для трубопровода постоянного сечения произведение Тга есть величина постоянная, следовательно, критерий Рейнольдса при течении по теплообменнику меняется обратно пропорционально динамической вязкости 0: йе= — = — —.

400 чвт ч я 41 (11. 29) Критерий Хп определяется критериями Ке и Рг, а также формой теплообменника. Для цилиндрических труб Мп = 0,023 4хе0 8 Ргз'. (11. 30) Коэффициент теплопередачи от стенки к воздуху а, = — "=0023 " =0023 " (11. 31) в л 0,8 0 8 ~ 10,4 0,8 0 4в0 2 ° 8 ' Л ' Вязкость 01, теплоемкость с и теплопроводность Х с увеличением ,0,440,8 температуры возрастают. Выражение 0„с ростом температуры лм медленно увеличивается. Коэффициент теплопередачи в первом приближении можно считать постоянным по всему теплообменнику.

С увеличением диаметра трубопроводов коэффициент теплопередачи незначительно уменьшается. Тепловая мощность, снимаемая с теплообменника при постоянном коэффициенте теплопередачи а,=сопз1, прямо пропорциональна его збч Для газов Рг=0,72; д — определяющий размер теплообменника; св и 1 — теплоемкость и теплопроводность воздуха, ч — его кинематическая вязкость; Ч вЂ” динамическая вязкость; в — скорость течения газа. Температура воздуха, протекающего через теплообменник, увеличивается, скорость течения возрастает, а вместе с тем меняются пара метры воздуха Х, ч, 7, а также критерии Йе и Хи н коэффициент теплопередачи.

Выразим зависимость коэффициента теплопередачм от температуры в явном виде. При 52=58 поверхности. Если тепловая мощность задана, то, задавшись диамет. ром трубопроводов, можно найти поверхность теплообменника 5„ Общее проходное сечение труб теплообменника Яа определяется потребным расходом воздуха 6, и допустимой скоростью потока в трубах ва. Давление нагреваемого воздуха рва определяется скоростью и высотой полета и коэффициентом давления диффузора а„. Число труб и обратно пропорционально квадрату их диаметра гг': и=( — ) . Приравняв тепловую мощность, которую поглощает воздух, нагреваемый в теплообменнике ш учитывая, что егере 4"ангг 4 Г ~а получим сртаюа ТОЗ вЂ” Тм (11.

34) 4рв ДТ Использовав (11. 28, 11. 29 и 11. 26), после несложных преобразований получим уравнение, связывающее относительную длину каналов теплообменника с подогревом Твв — Тва и тепловым напором д Т через критерии гсе, Рг и Хн: гге Рг Тев — Тоа н 4НБ дт (11.35) га~д=сртага1а~а (Тов Тов) (11. 32) тепловой мощности, передаваемой через стенки теплообменника (11.

ЗЗ) в В. РЕАКТОРЫ, ОХЛАЖДАЕМЫЕ РАСПЛАВЛЕННЫМ МЕТАЛЛОМ Для уменьшения размеров реактора и для предотвращения отравления охлаждающего воздуха радиоактивными изотопами конструируют реакторы с ж и д к о с т н ы м о х л а ж д е н и е м. Теплота, выделяющаяся в реакторе, поглощается жидким теплоносителем и переносится в теплообменник, где и передается обогреваемому воздуху. Ясно, что температура теплоносителя на выходе из реактора должна быть больше температуры воздуха перед истечением из сопла, Поэтому вода, критическая температура которой равна 550' К, в качестве теплоносителя непригодна.

Наиболее подходящими тепло- носителями для ядерных воздушно-реактивных двигателей являются расплавленные металлы, температура плавления которых меньше температуры на выходе из теплообменника Т,,', а упругость насыщенных паров при температуре Т,', которую теплоноситель имеет на выходе из реактора, не слишком велика, т, е не намного превосходит давление торможения в камере рва. .368 В качестве возможных теплоносителей для реакторов институтами Академии Наук СССР были исследованы расплавленные олово, свинец, висмут, натрий, а также сплавы: натрий — калий и свинец— висмут. Работами акад, М. А.

Михеева с сотрудниками а также ряда зарубежных ученых было доказано, что коэффициент теплопередачи для металла, протекающего по цилиндрической трубе, определяется критериями Нуссельта ()т)н) и Пекле (Ре)': Ре=йеРг= ею с кл (11. 36) Для определения критерия Ип Лайон, Двойер и др. предлагают следующую формулу: Хи=3,2+0,021 Рее,е (11. 37) ЬТ с (11, 38) где дт — тепловой поток; а Т вЂ” средний тепловой напор. Отсюда 1 Рт птеппбтепл (11. 39) где а е~, — коэффициент теплопередачи, Я,.

— поверхность теплообменника. Для теплопередачи от активной зоны реактора к расплавленному металлу можно написать (фиг. 202): )~,+р+)р„= ' + ' + ', (11.40) плб Л З, ппбп где б — толщина стенки трубопровода; Л вЂ” ее теплопроводность; ае и ап — коэффициенты теплопередачи от активной зоны к сгенке трубы и от стенки трубы к расплавленному металлу.

24 31б В исследовавшихся теплообменниках Ре=100 — 10000, Ып=10— — 30; Л=0,01 — 0,10 ккал/м сек град. За счет высокой теалоправодности металла коэффициент теплопередачн бьгвает гораздо больше, Хпл чем при газовом охлаждении: а„= — =! — 300 кка.т/мпсекград, в е сотни раз больше, чем для теплопередачи к воздуху. При расчете теплообмена между активной зоной реактора и теплоносителем следует учитывать теплопроводность материалов, из которых изготовлены трубы для теплоносителя, и теплопроводность самого активного вещества. Введем понятие о теплов ом с о яр от и в лен ни )ть определив его из следующего уравнения: При воздушном охлаждении температурное сопротивление при пе реходе теплоты от стенки трубы к воздуху во много раз больше, чем при переходе теплоты от активного вещества к стенке трубы или чем при теплопередаче сквозь вещество трубы или активной зоны; понто.

му этими последними сопротивлениями можно пренебречь, оставив только первое. яипяигая беда При отводе тепла от реактора с твер дой активной зоной основное тепловое сопротивление сосредоточивается на поверхности ее соприкосновения с трубопроводом Жидкий и внутри активной зоны; тепловое сопронатрий тивление при переходе от стенок трубы к я, г, расплавленному металлу незначительно. , я Общее тепловое сопротивление при охлаж яв денни расплавленным металлом и поверхность теплообмена в десятки раз меньше, чем при воздушном охлаждении реактора. Теплообменник для подогрева протеФг,202. К иг,, расчету тепло- кающего воздуха рассчитывается так же, передачичерезстенкутепло- как было изложено в предыдущем пара- обменника. графе. Пример. Реактор с теьловой мопгностью УО = 400 000 квт охлаждается особым сплавом.