Повышение эффективности систем температурной подготовки ракетного топлива с использованием жидкого азота и рекуперативных теплообменников

Температурная подготовка ракетного топлива относится к самым энергоемким и длительным процессам на стартовых и технических комплексах космодромов при подготовке к пуску ракет космического назначения, что требует применения эффективных технологий и режимов охлаждения (нагрева) ракетного топлива. Рассмотрено схемное построение систем температурной подготовки углеводородного ракетного топлива кипящим жидким азотом отдельно в теплообменниках типа труба в трубе и совместно с понижением температуры топлива в рекуперативном теплообменнике с антифризом, охлаждаемым барботажем жидким азотом и газообразным азотом, выходящим из теплообменников типа труба в трубе. Разработаны математические модели охлаждения топлива в данных системах. Приведены результаты анализа их характеристик по относительным затратам жидкого азота на процесс охлаждения единицы массы топлива, подтверждающие возможность повышения эффективности систем температурной подготовки ракетного топлива с использованием жидкого азота и комбинации рекуперативных теплообменников.
EDN: DYNYIS, https://elibrary/dynyis

Литература

[1] Комлев Д.Е., Соловьев В.И. Охлаждение нафтила методом криогенного барботажа. В: Новости техники. Москва, КБТМ, 2004, с. 137–141.

[2] Золин А.В., Чугунков В.В. Обобщенная методика анализа охлаждения ракетного топлива в емкостях наземных комплексов с использованием жидкого азота. Инженерный журнал: наука и инновации, 2024, № 1. URL: https://engjournal.bmstu.ru/catalog/arse/dcpa/2332.html

[3] Александров А.А., Бармин И.В., Кунис И.Д. и др. Особенности создания и развития криогенных систем ракетно-космических стартовых комплексов «Союз». Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2016, № 2, с. 7–27, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2016-2-7-27

[4] Домашенко А.М., Блинова И.Д. Исследования тепломассообмена при сбросе криогенных продуктов в воду. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2007, № 12, с. 17–19.

[5] Nakoryakov V.E., Tsoi A.N., Mezentsev I.V. et al. Boiling-up of liquid nitrogen jet in water. Thermophys. Aeromech., 2014, vol. 21, no. 3, pр. 279–284, doi: https://doi.org/10.1134/S0869864314030020

[6] Накоряков В.Е., Цой А.Н., Мезенцев И.В. и др. Экспериментальные исследования процесса инжекции жидкого азота в воду. Теплофизика и аэромеханика, 2014, № 3, с. 293–298.

[7] Александров А.А., Бармин И.В., Павлов С.К. и др. Результаты экспериментальных исследований процессов температурной подготовки углеводородного топлива с использованием теплообменника, размещенного в антифризе. Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, № 1, doi: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2019-1-1842

[8] Александров А.А., Бармин И.В., Павлов С.К. и др. Исследование параметров теплообмена витого теплообменника в двухфазной среде. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2019, № 3, с. 22–33, doi: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2019-3-22-33

[9] Кобызев С.В. Моделирование массообменных процессов при обезвоживании углеводородного ракетного горючего барботированием азотом. Актуальные проблемы Российской космонавтики. Мат. XXХVI академических чтений по космонавтике. Москва, Комиссия РАН, 2012, с. 356–357.

[10] Кобызев С.В. Методика поверочного расчета процесса осушки углеводородного горючего методом барботажа газообразным азотом. Актуальные проблемы Российской космонавтики. Мат. XXХVII академических чтений по космонавтике. Москва, Комиссия РАН, 2013, с. 385–386.

[11] Домашенко О.Е. Системы термостатирования. В: История развития отечественной наземной ракетно-космической инфраструктуры. Москва, Столичная энциклопедия, 2017, с. 299–301.

[12] Павлов С.К., Чугунков В.В. Повышение эффективности системы охлаждения ракетного топлива с использованием теплообменника и антифриза, охлаждаемого жидким азотом. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, № 1, doi: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2016-1-1461

[13] Chugunkov V.V., Aleksandrov A.A., Barmin I.V. et al. Increase the cooling efficiency of the fuel tanks with built-in heat exchangers using liquid nitrogen. AIP Conf. Proc., 2023, vol. 2549, art. 110004, doi: https://doi.org/10.1063/5.0110825

[14] Chugunkov V.V., Denisova K.I., Pavlov S.K. Effective models of using liquid nitrogen for cooling liquid media. AIP Conf. Proc., 2019, vol. 2171, art. 200002, doi: https://doi.org/10.1063/1.5133360

[15] Александров А.А., Бармин И.В., Золин А.В. и др. Анализ эффективности охлаждения углеводородного топлива с использованием жидкого азота и комбинации рекуперативных теплообменников. Инженерный журнал: наука и инновации, 2020, № 3, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2020-3-1965