Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М., страница 62

(11. 59) Коэффициент размножения на быстрых нейтронах а и вероятность избежания поглощения в уране-238 р зависят от наличия урана-238. Для природного урана е=1,03; р=0,9; для чистого делящегося вещества а=1; р=1. Коэффициент теплового использования 1 равен отношению числа нейтронов, поглощаемых в делящемся веществе, к общему числу нейтронов, поглощаемых и в делящемся веществе и в замедлителе. Атомную концентрацию делящегося вещества — число атомов в 1 см' — обозначим через Уд..: (11.

60) Адал Рака а атомную концентрацию замедлителя обозначим через Уз. р Рз (11. 61) Аз Р Общий вес активной зоны реактора: Реет Рлел + Рл где Р„л и Р,— веса урана н замедлителя. Макроскопические поперечные сечения захвата нейтронов в делящемся веществе м в замедлнтеле будут равны Йаел 7~7лелевлел Хв Д~влв' Коэффициент теплового использования, следовательно, равен лел Х 1 Хлел + Хв ~ Хв левее (11. 63) 1+ ~Чаев Ф, е,е. Число нейтронов деления на один захваченный нейтрон для урана-235 в1 =2,1. В теории реакторов доказывается, что вероятность набежать утечки для быстрых нейтронов в процессе замедления 1~ равна — а — «'е У (11.

64) Вероятность избежать утечки для медленных нейтронов, прежде чем онн будут поглощены делящимся веществом Ее, равна Е,= 1+ КвП (11. 65) (11.66) т — квадрат длины замедления, зависящий от природы замедлителя н от относительной плотноствв р е е чв (11. 67) где вв — квадрат длины замедления при р =1 (табл. 11. 3); К вЂ” геометрический параметр илн фактор формы, зависящий от формы реактора.

Для сферы радиусом Я см К= — '. Для цилиндра радиусом вг н длиной Н (11. 68) Здесь л. — дли|на днффузин, зависящая от природы замедлителя, от коэффициента теплового использования 7 и от относительной плотности рв (см. табл. 11.3) п-п' — у о Вероятность избежать утечки в процессе замедления и диффузии е=е,тт 111. 69) (1 + КгЕг) ек' ° ' Параметры Ьа и е определяют экспериментально (табл 11 3), Таблица 11,3 Длина диффузии н квадрат длины замедления некоторых вамедлителей Вещество формула со ем то смг Обыкновенная вода Тяжелая вода Графит Бериллий !8 20 12 9,013 2,88 171 50 24 ИгО !)гО С Ве 33 120 300 98 Вес активной зоны реактора связан с его объемом, плотностью и относительной плотностью: Реет = рр 1 ект (11 79) 'о = 392 смг.

0,5г 377 316 6 10. ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕАКТОРА С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Определим критические размеры реактора, работающего на чгстом уране — 235, с металлическим бериллнем в качестве замедлителя и с воздушным охлаждением. Задаемся относительным количеством делящегося вещества: = 0,01; Рве относительной плотностью В = 0,5 (половина объема активной зоны занята возлушными каналами) и принимаем, что реактор имеет форму цилиндра, высота которого равна диаметру: и =2тт'= О.

Определим, при каком диаметре реактор становится критичным, найдем его вес и определнлт, какую тепловую мощнссть можно с него снять. Отношеняе чгсла атомов замедлителя к чгслу атомов активного вещества из (11. 60) и (11.61): тчве Рве 4н 235 — 2610. А!ц тэп '4ве 0 01 9,013 Коэффициент теплового использования нейтронов (см. табл. 11.1 и формулу (11. 63). л— 1 1 — — 0,96. т'ве еве 0,01 1+ — — 1+ 2610 — ' Атц ац 650 Длина диффузии и квадрат длины замедления в бериллии при относительной плотности о = 0,5 из (11. 66) н (ТЕ 67) 1 — У 1 — 0,96 Тг = ба =24г ' =92 смг, рг 0,5г Эффективный коэффициент размножения Л Э определяется из,'уравнений (11. 59) и (11. 69) при а = 1 и Р = 1 чу (1 + Каст) ек ' учитывзя, что число нейтронов, ссвобзждающихся прн захвате одного нейтрона уранолт-235, т1= 2,1 и что для критического' реактора и Э Р 1, получим уравнение, из которого можно найти фактор формы реактора К: (1 + 92Кз) еаэтн = 2, 1 0,96.

решив его путем подбора или графическим методом, найдем Кз = 0,0015. Радиус цилиндра находим из уравнения Кг — ~ ' )+( — )— Г8,25 Г 8,25 /7 = ~гд — ' = ~ г = 74 см = 0,74 м. Кз )У 0,0015 Для того чтобы получить положительную реактивнссть, выбираем 11 = Н = 2И = 160см > 2 74 см, Полное поперечное сечение активной зоны Вддг=нИз=2мт. Проходное сечение Ез = (! — Т) адат = 1 мз. Вес активной зоны реактора Раю = ТЯддтНд = 0,5 2.1,6.1,82 = 2,91 т. Количество делящегсся вещсства Рд„—— 0,01Р,„, = 29,1 нг = 29 100 г.

Тепловая мощнссть реактора Агб определяется срелнгм потском нейтронов в активной зоне 7, который задается положением регулирующих стержней. Средний поток нейтронсв. нео бходимый для получения тепловой мощности ФО = 400000 кат, найдем из (11.15) 10таФО 10ы 400 000 у= = 3,1 10тд нейтр/сек смз. 4,6 Рд,„4,6.29 100 Весьма сходными параметрами обладает самолетный реактор, описанный в лекции Хауторна. ЛИТЕРАТУРА 1. Глесстон Э и Эдлунд, Теория н расчет ядерных реакторов, Изд. иностр. литературы, 1955, 2.

Мэр р ей Рч Введение в ядерную энергетику, Изд. иностр. литературы, 1955. 3. Н а и и а с М, Ядерная энергия. Изд. нностр. литературы, 1955. 4. Реакторостроение и теория реактороч. Доклады Советской делегации на конференции по мирному использованию атомной энергии, Женева, 1955, Изд. АН СССР, 1955. 5, Фнзичесние исследования. Доклады Советской делегации иа конференции по мирному использованию атомной энергии, Женева, 1955, Изд. АН СССР, 1955. 6.

Ачюп А(ош19пе. А1ошеэ, № 115, Х, !955 7. Экспериментальная ядерная фйзика под ред. Э. Сегре, тт, 1 и П, Иэд. нностр. литературы, !955 и 1956. 8 1.у оп К. Н., Ь19п16 Ме!а!з НапбЬоой 2 Еб, тйгаз№п81оп, 1952. 9 К а ер р е ! ег Н. 1., Азрестз о1 Ыпс!еаг Ротгег Аррйсабоп 1ог де! Ргорп1э!оп. Аз!гопапйсз, чо1. 2, № 2 и № 3, !955. 10. Нотч ! Ь ог не, ТЬе Аегор!апе, Ыоч„9, 1956. ГЛАВА Х11 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРЯМОТОЧНЫХ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ й !. СКОРОСТН Н ВВ1С0ТЫ Дальнейшее развитие прямоточнытс ВРД, по-видимому, будет идти как по линии усовершенствования отдельных элементов двигателей, т.

е. диффузоров, камер сгорания 11 сопел, так и по линии освоения больших скоростей полета, больших высот и новых видов энергии, При скоростях полета от М„=0,8 дсэ М,=2,5 прямоточные ВРД целесообразно применять только на летательных аппаратах разового действия, т. е. на летающих миптенях н самолетах-снарядах, а также' на некоторых типах вертолетов, так катс в этом диапазоне скоростей прямоточные ВРД уступают турбореакэ-нгэным двигателям и по тяге и по экономичности. В интервале скоростей от М„=2,5 до А4„=3,0 соревнование между турбокомпрессорными и прямоточнымн ВРД происходит с переменным успехом. О трехмаховом ТРД в открытой литературе до настоящего времени не имеется никаких данных, Для того чтобы при М„=З ТРД был способен конкурировать с ПВРД, необходимо в первую очередь решить проблему смазки ТРД в условиях высоких температур торможения.

Расчеты показывают, хтс» при М„=4,0 оптимальная степень поджатия ~в компрессоре ТРД гтрнближается к единице. Это значит, что при достаточном увеличенгхи скорости полета турбореактивный двигатель перерождается в гтрямоточный. Область скоростей М)З и высот более 25 кле принадлежит ПВРД и ракетам. й 2. ПВВВПВКТНВЫ РАЗВНТИН ДНЕ ВУ30РОВ Коэффициенты восстановления давлеэння многоскачковых диффузоров с неизменной геометрией при увеличении расчетной скорости полета уменьшаются: если при М„=2,75 п„=0,7, то при М„=З,З а,=0,55 (см.

фиг. 70). Расчеты, подтвержденные экспериментамй, показывают, что регулируемые диффуворы или диффузоры, изготовленные в виде обращенного сопла Лвваля, могут обладать существенно более высокими коэффициентамхт восстановления давления '. ' Типе, 30!1, !956, 37 — 40. Ач!а!!оп Аяе, т. 23, № б, !955, 63 — 73, т. 25, 11, !956, № 2, 29 — 31. 379 С увеличением восстановления давления коэффициент тяги ПВРД при прочих равных условиях растет, экономичность и высотность уве личиваются. й 3. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КАМЕР СГОРАНИЯ И~ВРИ В открытой литературе описаны прямоточные камеры сгорания стабилизаторного типа, в которых происходит турбулентное сгорание двухфазных смесей.

Дальнейшее развитие камер сгорания может представлять собой, например, следующее: 1. Усовершенствование методов подготовки горючей смеси. 2. Уменьшение гидравлического сопротивления камеры при одновременном увеличении полноты сгорания путем перехода от стабилизации на плохообтекаемых телах к другим типам стабилизации. 3. Использование самовоспламеняющихся горючих. 4, Обеспечение работы камер сгорания при низких внутренних давлениях воздуха. б.