Transpirační chlazení - Transpiration cooling

Transpirační chlazení je termodynamický proces, kde chlazení je dosaženo procesem pohybu kapaliny nebo plynu stěnou konstrukce, aby absorboval určitou část tepelná energie ze struktury a současně aktivně snížení konvektivní a zářivý[1] tepelný tok přicházející do struktury z okolního prostoru.[2]

Jedním z přístupů k transpiračnímu chlazení je pohyb kapaliny malými póry ve vnější stěně těla vedoucí k vypařování kapaliny na plyn prostřednictvím fyzikálního mechanismu chlazení odpařováním. Jsou možné i jiné přístupy.[2][3]

Aplikace

Transpirační chlazení se používá v letecký a kosmický průmysl průmysl, v tryskovém[4] a raketové motory.[5][6] V roce 2018 vědci z University of Oxford experimentálně testovali transpirační chlazení jako a Systém tepelné ochrany pro Hypersonická vozidla jako jsou rakety nebo kosmická letadla.[7][3]

Transpirační chlazení je jednou z mnoha chladicích technik, které lze použít ke snížení regenerativní chlazení načte dovnitř raketové motory a následně snížit požadavky na pohonné hmoty. Existují i ​​jiné techniky, například chlazení filmu, ablativní chlazení, radiační chlazení, chlazení chladiče a chlazení skládky.[5]

Transpirační chlazení je zvažováno pro použití v kosmických vozidlech znovu vstoupit do zemské atmosféry na nadzvukový rychlosti, kde by transpirationally chlazené vnější kůže mohla sloužit jako součást systém tepelné ochrany znovu se vracející kosmické lodi.[8][9][1][10]SpaceX veřejně zmínil takový systém v roce 2019 pro použití na jejich Hvězdná loď opakovaně použitelná druhá fáze a orbitální kosmická loď zmírnit drsné podmínky návratu. Koncepční koncepce předpokládala dvojitý povrch z nerezové oceli s aktivním chladivem proudícím mezi dvěma vrstvami, přičemž některé oblasti navíc obsahovaly několik malých pórů, které by umožňovaly transpirační chlazení.[8][11][1]Po konstrukci a testování v pozemských laboratořích SpaceX následně uvedl, že ačkoli byl vyvíjen alternativní přístup ke zmírnění tepla - s použitím levných keramických dlaždic na návětrné straně hvězdné lodi -,[12][13] v některých oblastech lze použít transpirační chlazení. Očekává se, že bude zveřejněno několik podrobností o designu, as Americké právo brání SpaceX ve zveřejnění těchto informací.[14]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C https://www.teslarati.com/spacex-ceo-elon-musk-starship-transpiring-steel-heat-shield-interview/ Archivováno 2019-01-24 na Wayback Machine Generální ředitel SpaceX Elon Musk vysvětluje „transpairující“ ocelový tepelný štít společnosti Starship v Q&A], Eric Ralph, Novinky Teslarati, 23. ledna 2019, zpřístupněno 30. ledna 2019
  2. ^ A b Chlazení transpirace Archivováno 2019-01-30 na Wayback Machine, Thermopedia.com, přístup ke dni 30. ledna 2019.
  3. ^ A b Ifti, Hassan Saad; Hermann, Tobias; McGilvray, Matthew (15. září 2018). „Toková charakterizace transporujících porézních médií pro hypersonická vozidla“. 22. konference AIAA International Space Planes and Hypersonics Systems and Technologies Conference. Fórum AIAA SPACE. Americký institut pro letectví a astronautiku. doi:10.2514/6.2018-5167. Archivováno od původního dne 2020-07-10. Citováno 2020-07-08.
  4. ^ Transpirační chladicí systémy pro turbíny proudových motorů a nadzvukový let Archivováno 2020-08-02 na Wayback Machine, zpřístupněno 30. ledna 2019.
  5. ^ A b Recenze filmového chlazení raketových motorů na kapalné palivo Archivováno 10. 10. 2020 na Wayback Machine, S.R. Shinen, S. Shri Nidhi, 21. března 2016, Propulsion and Power Research, 2018; 7 (1): 1–18
  6. ^ Účinky transpiračního chlazení na přenos tepla a výkon trysky Archivováno 2019-03-27 na Wayback Machine 1995, D. Keener, J. Lenertz, R. Bowersox a J. Bowman, Journal of Spacecraft and Rockets, sv. 32, č. 6, str. 981-985.https://doi.org/10.2514/3.26718
  7. ^ Hermann, T .; Ifti, H. S .; McGilvray, M .; Doherty, L .; Geraets, R.P. (26. listopadu 2018). Míchací charakteristiky v hypersonickém toku kolem modelu ploché desky s transpiračním chlazením. Archivováno z původního dne 10. října 2020. Citováno 10. října 2020.
  8. ^ A b Gebhardt, Chris (3. dubna 2019). „Starhopper provádí statický požární test Raptor“. NASASpaceFlight.com. Archivováno z původního dne 4. dubna 2019. Citováno 4. dubna 2019. Transpirační chlazení je proces čerpání chladicí kapaliny - v tomto případě kapalného methanu - skrz strukturu pokožky lodi Starship, aby absorbovala další teplo v určitých oblastech vozidla během návratu.
  9. ^ https://www.space.com/43101-elon-musk-explains-stainless-steel-starship.html Archivováno 03.02.2019 na Wayback Machine Proč se Elon Musk obrátil na nerezovou ocel pro kosmickou loď SpaceX Mars Rocket], Mike Wall, space.com, 23. ledna 2019, přístup 30. ledna 2019.
  10. ^ „https://www.teslarati.com/spacex-starship-official-render/“. Archivováno z původního dne 26.03.2019. Citováno 2019-03-26. Externí odkaz v | název = (Pomoc)
  11. ^ Hvězdná loď SpaceX „vykrvácí vodu“ z Malých děr, říká Elon Musk Archivováno 2019-01-24 na Wayback Machine. Kristin Houser, Futurismus. 22. ledna 2019.
  12. ^ Mohlo by to, ale vyvinuli jsme levné opakovaně použitelné dlaždice, které jsou mnohem lehčí než transpirační chlazení a docela robustní Archivováno 2019-09-24 na Wayback Machine, Elon Musk, 24. září 2019, přístup 24. září 2019.
  13. ^ Ralph, Eric. „SpaceX testuje keramické dlaždice tepelného štítu Starship na závěrečném letovém testu Starhopperu“. Teslarati. Archivováno z původního dne 24. září 2019. Citováno 8. září 2019.
  14. ^ Otázka: Stále uvažujete o transpiračním chlazení pro nejzranitelnější hotspoty nebo jsou dlaždice tepelného štítu dostatečně odolné? Odpověď: Může být použit v některých oblastech. Zákony ITAR nám brání být příliš konkrétními ohledně řešení. Archivováno 10. 10. 2020 na Wayback Machine, Elon Musk, 9. října 2020, přístup 10. října 2020.