Enhancing the efficiency of the propellant cooling system using a heat exchanger and antifreeze being cooled by liquid nitrogen

Abstract

Инженерный журнал: наука и инновации # 12016 1 УДК 629.7. 085; 629.764.7 Повышение эффективности системы охлаждения ракетного топлива с использованием теплообменника и антифриза, охлаждаемого жидким азотом Введение. Необходимость проведения подготовки компонентов ракетного топлива (КРТ) по температуре, в частности их охлаждение, регламентируется условиями предстартовой подготовки ракет-носителей (РН), разгонных блоков (РБ), а также космических аппара-тов (КА) на стартовых комплексах космодромов. Среди наиболее вы-годных технологий охлаждения КРТ положительно выделяются ва-рианты, основанные на использовании жидкого азота в виде источ-ника холода. Такой азот получают из воздуха на кислородно-азотных заводах космодромов при производстве жидкого кислорода, приме-няемого в РН и РБ в качестве окислителя [1].На практике применяют три варианта построения систем охла-ждения, основанных на теплообменных процессах с жидким азотом, реализующих понижение температуры продукта при выполнении операции охлаждения КРТ [2,3]. К ним относятся: 1) непосредственный ввод жидкого азота через барботер в резер-вуар хранения КРТ;2) бесконтактное охлаждение топлива кипящим жидким азотом в теплообменнике;3) понижение температуры КРТ посредством теплообмена в теп-лообменнике с антифризом, охлаждаемым в отдельном резервуаре при барботаже жидким азотом.Процессы охлаждения КРТ относятся к группе наиболее энерго-емких и продолжительных процессов, требующих повышения эффек-Инженерный журнал: наука и инновации # 12016 тивности охлаждения ракетного топлива с помощью систем наземных комплексов, что и явилось задачей проводимого исследования. Обзор источников. Схемы построения, математические модели процессов теплообмена и экспериментальные данные, полученные при эксплуатации реализованных и перспективных вариантов систем охлаждения КРТ с использованием жидкого азота, представлены в работах [2][3][4][5][6][12][13][14].В работах [2, 4-6] рассмотрены варианты систем охлаждения КРТ при непосредственном вводе диспергированного жидкого азота в топливный резервуар. Физические явления взаимодействия крио-генных жидкостей с более нагретыми жидкими средами обсуждаются в публикациях [7][8][9][10][11]. В работах [2, 4, 6] отмечена эффективность систем охлаждения углеводородного горючего при криогенном бар-ботаже, рассчитанная по относительным затратам жидкого азота и времени операции охлаждения. Однако возможность осуществления охлаждения КРТ при подаче жидкого азота в массу топлива приме-нима только к экологически чистым КРТ (углеводородным ракетным горючим), имеющим низкую температуру замерзания.В статьях [3, 4] рассмотрены научно-методические аспекты про-ведения анализа процесса охлаждения углеводородного горючего, основанного на бесконтактном теплообмене с кипящим жидким азо-том в теплообменниках типа «труба в трубе», применяемых в систе-мах охлаждения горючего (керосина и нафтила) на стартовых ком-плексах РН «Союз» на различных космодромах, в том числе и в Гви-анском космическом центре.Проблемным вопросом охлаждения КРТ в теплообменниках яв-ляется ис...