Цилиндрические радиаторы на космических кораблях?

Хорошо, если ваши радиаторы тактически защищены от вражеского огня формой брони вашего космического корабля, но наличие обычных одно- или двухсторонних радиаторов все еще является уязвимостью. Другие концепции, такие как жидкостно-капельные и электростатические излучатели, кажутся слишком сложными и требуют гораздо большей мощности. Я думал о радиаторах, похожих на графитовые шипы, которые можно увидеть на клетках термоядерных горелок в Attack Vector: Tactical.. Они будут торчать из корпуса боевого корабля под углом, позволяющим блокировать их от встречного огня лобовой броней. У них будет излучающая поверхность, обернутая по всей окружности, с трубами для рабочей жидкости, проходящими внутри. Насколько это осуществимо? Каковы ваши идеи по их дизайну (примерно по длине, диаметру и материалам)? Как рассчитать, сколько тепла они будут рассеивать? Предположим, что это около 1-2 ГВт отходящего тепла от ядерного реактора мощностью 200 МВт.

Стратегически нарисованный красный круг, указывающий на шипы радиатора на военном корабле из AV: T

Земные электростанции имеют общий КПД около 30%. Сброс 1 ГВт из 1,2 ГВт составляет примерно половину этого выхода.
См. Тепловое излучение/Мощность излучения . Примените научный калькулятор, чтобы вычислить, какая площадь вам нужна, исходя из температуры.
К вашему сведению, шипы на этой конструкции являются «вторичными» радиаторами, предназначенными для избавления от незначительного количества отработанного тепла, связанного с магнитным сдерживанием термоядерного двигателя. Основные радиаторы обычного типа, в бою убираются. Вот тот же класс с расширенными радиаторами: projectrho.com/public_html/rocket/images/basicdesign/…

Ответы (2)

Уравнение для мощности излучения: п "=" ϵ о А Т 4 Графит начинает сублимировать при температуре 3700 градусов Кельвина. Предположим, что коэффициента безопасности нет, но типичным для аэрокосмической отрасли является коэффициент 1,5, что позволяет снизить расчетную рабочую температуру до 2500 Кельвинов.

К сожалению, как указывали другие, ваш тепловой насос является ограничивающим фактором при гораздо более низкой температуре радиатора в 600 градусов по Кельвину.

ϵ это наш коэффициент излучения от 0 до 1. Предположим, что это идеальный радиатор в 1.

о является константой 5,67 × 10 − 8 .

Если предположить, что у вас есть какой-то футуристический, превосходящий совершенство тепловой насос, и вы можете полностью использовать радиаторы на пределе их возможностей, чтобы излучать 2 ГВт, то вам потребуется 188 квадратных метров радиатора в случае отказа (стержни начинают испаряться) или 903 квадратных метра. по фактору безопасности.

Более реально, при максимальной температуре 600 градусов Кельвина на радиаторах, нужно 56 тысяч квадратных метров радиатора, чтобы излучать те же 2 гигаватт.

Чтобы эти стержни были эффективными, они не должны излучаться обратно в ваш корпус. Так, примерно половина излучающей дуги цилиндров, экранированных от огня передней частью корпуса, недоступна. Вы также не хотите, чтобы улей был изображен, потому что радиаторы будут мешать друг другу. Если у вас есть два набора из 4 штук, смещенных друг от друга по вертикали вниз по корпусу, каждый из них должен иметь площадь 225 квадратных метров. Легко выполнимо со 100-метровыми шипами диаметром около 2 метров.

Для более реалистичного леса с пределом 600 К на радиаторе той же конфигурации потребуется 13,4 метра в диаметре.

Да, но вы не можете приблизить температуру охлаждающей жидкости к 2500 К. Вы качаете тепло в гору; даже если вы используете идеальный тепловой насос, вы все равно хотите, чтобы коэффициент полезного действия был больше 1, иначе вы тратите больше энергии на его прокачку, чем на накачку хладагента. Предполагая, что вы хотите поддерживать внутри космического корабля температуру около 300 К, вы не сможете повысить температуру охлаждающей жидкости выше 600 К или около 330°С. тепловая электростанция, скажем, на 100°С; но все же вы будете ограничены, возможно, 700 K или 430 ° C.
@AlexP Не думал об этом. Мои предположения: коэффициент излучения графита составляет 0,70–0,98 , поэтому я предполагаю, что он составляет около 0,90 , а площадь излучающей поверхности составляет 3000 К. В другом комментарии я фактически сказал, что площадь излучения должна составлять 188 м² при диаметре 2 метра и длине 20 метров. Подставив это в P = A ⋅ ϵ⋅ σ ⋅*T⁴* , кажется, что это будет излучать 777 МВт . Возьмите два из них сверху и снизу, вы получите 1554 МВт или 1,55 ГВт (минус немного, если они расположены под углом).
@zertofi: К сожалению, нельзя избежать тирании мсье Сади Карно. Нет возможности довести охлаждающую жидкость до такой высокой температуры. (Если коэффициент полезного действия теплового насоса падает ниже 1, вы затрачиваете более 1 джоуля на каждый джоуль тепла, перекачиваемого в теплоноситель; а этого вы сделать не можете, потому что тогда разница будет накапливаться в виде тепла, нарушая цель система охлаждения.)
@AlexP Так мне лучше использовать капельный или стандартный радиатор?
@b.Lorenz Да, конечно, для среды обитания нужны радиаторы, даже для мощной электроники нужны мини-радиаторы (например, лазерный генератор). Цилиндрические радиаторы предназначены только для использования в реакторе.
@b.Lorenz: Дело в том, что вы не хотите охлаждать горячую сторону электростанции; Вы хотите охладить холодную сторону электростанции. Любая тепловая электростанция будет получать тепло от горячего источника, извлекать некоторое количество свободной энергии и сбрасывать отработанное тепло в холодный сток. Холодная сторона теплоэлектростанции не будет такой уж горячей. Обычно до 100°С. Помните, что по мере того, как холодная сторона нагревается, эффективность снижается. Так что в итоге нужно отводить тепло при температуре прохладной стороны; скажем, около 400 К, что затем ограничит вашу охлаждающую жидкость примерно до 800 К.
@AlexP Конечно. Извини. Я был неосторожен, и, кажется, вы подумали об этом в своем первом комментарии. Но, возможно, они могут пожертвовать некоторой эффективностью ради более высокой температуры. Но это увеличило бы количество отработанного тепла на полезную мощность... Интересное торговое пространство. Но в «Детях мертвой земли», где эта механика довольно строго моделируется, часто можно увидеть ярко светящиеся радиаторы.
@b.Lorenz: Ты мне кое-что прикольное погуглил! Спасибо! (А железо светится красным, начиная примерно с 460 °C, или 730 K. Я допустил температуру охлаждающей жидкости до 800 K, так что радиаторы действительно светятся.)
@b.Lorenz Как радиаторы в «Дети мертвой Земли» работают при таких температурах? Температура теплоносителя на выходе из одного из моих реакторов мощностью 100 МВт составляет 2600 К (это натрий), что облегчает его охлаждение, поскольку ему требуется меньшая масса радиатора. Я пропустил что-то критическое?
@zertofi Я не очень понимаю твой вопрос. AlexP, кажется, говорит, что температуры охлаждающей жидкости на выходе в несколько тысяч K нецелесообразны, потому что они уменьшают разницу температур между горячей и холодной сторонами теплового двигателя, снижая эффективность. Я сказал, что CoaDE, насколько мне известно, имитирует как эффективность преобразования Карно, так и охлаждение Больцмана, и игроки по-прежнему считают его полезным для создания высокотемпературных радов. Так что с вашими радиаторами на 2600К все в порядке.
@b.Lorenz О, понятно. Ха-ха, я извиняюсь за отсутствие знаний по этому вопросу.
@all Я обновлю ответ, указав реалистичные максимальные температуры.

Шипы - ужасные радиаторы.

Я недоумеваю, как эти шипы могут служить радиаторами тепла. Шипы имеют небольшую площадь поверхности. Они больше похожи на разрядники статического электричества ; Я мог видеть, насколько накопленный статический заряд может быть проблематичным для космического корабля, но я не думаю, что статические разрядники будут работать без атмосферы.

Если вам нужны радиаторы и вы находитесь в ситуации, когда они могут быть разорваны или взорваны, сделайте их необязательными. Для отвода тепла есть две ключевые вещи: площадь поверхности (больше = больше поверхности для излучения) и отражательная способность (если вы поглощаете входящие лучи, которые противодействуют некоторым из ваших исходящих лучей). Металлическая фольга — прекрасный выбор для этого, а золотую фольгу можно сделать очень тонкой. Я представляю себе излучение как что-то вроде майлара — металлической фольги на пластиковой основе. Его можно раскатать в длинный баннер с горячим концом внутри и холодным концом снаружи. Если все становится жестоким, откатите его назад. Если в нем пробиты дыры, он все равно работает. Если что-то оторвется, ну ладно. В рулоне осталось много. Позже вы сможете найти потерянные фрагменты и склеить их вместе.

Космический корабль с длинным золотым знаменем может выглядеть не так круто, как средневековое оружие. Но вы можете разместить рекламу на баннере. Может быть, реклама крутых продуктов, таких как адвокаты по травмам.

Я никогда не думал, что эти шиповые излучатели будут отличными, особенно глядя на их размещение на клетке (эффективность их будет настолько низкой из-за взаимного отражения!) Я планировал цилиндр диаметром 2 метра и длиной 20 метров. . Излучающая поверхность будет иметь площадь около 188 м².
Цилиндрические радиаторы на космических кораблях?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v