Как избавиться от лишней массы радиатора

[mbrane]

Завидую Вам. Хорошая у Вас материнка. То, что матрицы могут и должны работать при максимальном охлаждении. это понятно. Но обычная бытовая электроника так обычно не может.

Камрад....а ты точно не гумманитарий?...ведь любому индинеру и физику известно, чем ниже температура- тем лучше работает электроника (естественно не на та котороая зависит от термоэмиссионного эффекта), и особенно та которая увязана с обработкой сигналов и информации - ибо шумов меньше...посему и там где есть необходимость к минимуму шумы -электронику помещают в жидкий азот а иной раз и в жидкий гелий(например на телескопах), не смотря на дорогоаизну процесса охлаждения...

Что касается клипов - то это первые два попавшиеся мне в гугле по словам охлаждение процессора азотом....оборудование там самое рядовое - то что в магазинах юные оверклокеры за небольшие бюджеты (в районе нескольких сотен долларов) могут купить...

Кстати а почему вы думаете что рядовая материнка не будет работать при охлаждении жидким азотом?

[sharp]

Теперь представим себе, что реактор имеет ресурс 25 лет, а один ионный двигатель - 5 лет. Включаем сначала крайние движки, вырабатываем рабочее тело в крайних ТЭЗах. Движки крайних ТЭЗов за это время тоже умерли. Настаёт время отбросить эту ступень. Реактор, допустим, за это время тоже деградировал процентов на двадцать и такой большой радиатор ему уже не нужен.

Итого получается, что в начале 4 двигателя тянут на своем горбу еще 20 таких же двигателей. Плюс про полезную нагрузку не забывайте. Кого вы победили вашим способом? Разве что динамические характеристики корабля пали ниже плинтуса в неравном бою...

В целом, разговор об уменьшении массы радиатора нужно начинать с ключевой характеристики - удельной мощности, Ватт/кг. Точно такая же величина, за которую мы боремся для энергоустановки, только с другим прикладным значением. И забудьте пока временно о теплоносителе, он конечно тоже важен, но плясать нужно от печки. Представьте себе идеальный случай: масса теплоносителя, контуров и вспомогательного оборудования пренебрежимо мала в сравнении с радиатором. В этом случае вам достаточно посчитать непосредственно удельную мощность радиатора, то есть металлической панели, через которую энергия высвечивается по закону Стефана-Больцмана. Попробуйте посчитать это, а потом обсудим.

[bob]

Камрад....а ты точно не гумманитарий?...ведь любому индинеру и физику известно, чем ниже температура- тем лучше работает электроника (естественно не на та котороая зависит от термоэмиссионного эффекта), и особенно та которая увязана с обработкой сигналов и информации - ибо шумов меньше...

Да, если не лопнет. Посмотрите в паспорте: "не ниже минус 60 градусов по Цельсию" (а чаще даже минус сорок). Ниже никто гарантии не даёт. На специальные ПЗС и микросхемы для телескопов, специально разработанные для работы с охлаждением - пожалуйста. Никто не спорит. А обычную многослойную печатную плату из бытовой техники, если на неё плеснуть жидким гелием - просто тупо разнесёт, потрескаются все дорожки, вылетят все контакты. Я же не говорю о применении какой-нибудь специальной платы для какой-нибудь военной техники, разработанной для условий Антарктики или дальнего космоса.

нужно начинать с ключевой характеристики - удельной мощности, Ватт/кг.

Удельная мощность тут тоже ни при чём, на самом деле. Раз никто не видит подхода, то подкину мысль. Начинать на самом деле нужно с геометрии, а точнее - просто со здравого смысла. Но до этого ещё никто здесь не додумался. Считать на самом деле абсолютно нечего и незачем, как и обычно бывает. Расчёты это всегда дело последнее. На пальцах и наглядно - всегда лучше. А пока посмотрим, кто что насчитает, раз за это дело так серьёзно взялись, забыв о пальцах. Это интересно. Я вот, например, убей меня бог, не смог бы рассчитать необходимую площадь радиатора, исходя только из верхнего лимита температуры теплоносителя (или какой-нибудь удельной мощности, поэтому я на всякий случай дал и нижний лимит, но этих данных всё равно не достаточно для расчёта при любых предположениях). А вдруг?

[Случайный гость]

Идти надо, ИМХО,совсем иным путём. Нужно не экономить массу за счёт радиатора, а экономить расход электроэнергии за счёт использования тепла реактора, которое у ЭРБ-буксиров фактически является бросовым. Например, используя это тепло для предварительной ионизации рабочего тела, не тратя на это электроэнергию. Соответственно, для создания той же тяги в ЭРД можно израсходовать меньше электроэнергии и, тем самым, обойтись реактором меньшей мощности у которого, само собой, будет меньший по размеру радиатор.

[Крупин]

Идти надо, ИМХО,совсем иным путём. Нужно не экономить массу за счёт радиатора, а экономить расход электроэнергии за счёт использования тепла реактора, которое у ЭРБ-буксиров фактически является бросовым. Например, используя это тепло для предварительной ионизации рабочего тела, не тратя на это электроэнергию. Соответственно, для создания той же тяги в ЭРД можно израсходовать меньше электроэнергии и, тем самым, обойтись реактором меньшей мощности у которого, само собой, будет меньший по размеру радиатор.

Какая ионизация при температурах порядка 1000 градусов? Это мизер. Тепло, отданное радиатору - вредоносный балласт - только за борт.

[sharp]

Удельная мощность тут тоже ни при чём, на самом деле. Раз никто не видит подхода, то подкину мысль. Начинать на самом деле нужно с геометрии, а точнее - просто со здравого смысла. Но до этого ещё никто здесь не додумался. Считать на самом деле абсолютно нечего и незачем, как и обычно бывает. Расчёты это всегда дело последнее. На пальцах и наглядно - всегда лучше. А пока посмотрим, кто что насчитает, раз за это дело так серьёзно взялись, забыв о пальцах. Это интересно. Я вот, например, убей меня бог, не смог бы рассчитать необходимую площадь радиатора, исходя только из верхнего лимита температуры теплоносителя (или какой-нибудь удельной мощности, поэтому я на всякий случай дал и нижний лимит, но этих данных всё равно не достаточно для расчёта при любых предположениях). А вдруг?

На пальцах: во-первых, ватты на килограмм - это важно. По сути это заложено и в названии темы: вы же говорите о массе радиатора, а не о чем-то другом. Очевидно, что чем больше масса при той же мощности, тем меньше будет ускорение. Нас ведь не интересует даже мощность двигателя сама по себе. Интересует, какую массу корабля он будет двигать при этой мощности.

Во-вторых, о КПД генерации выше 50 % мечтать глупо. Следовательно, из всей генерируемой мощности 50% у вас улетает с рабочим телом (создавая таким образом тягу), а вторые 50% - это паразитное тепло, которое вы обязаны сбрасывать в космос без расхода массы.

В-третьих, единственная возможность отводить тепло от корабля без сброса массы - через излучение радиатора. Поэтому, любые манипуляции с теплоносителем лишь позволяют наилучшим образом подводить тепло к радиатору, по сути лишь гоняют тепло внутри корабля. Поэтому теплоноситель - это уже второй вопрос. А главный показатель - сколько тепла сливается с единицы массы радиатора.

Далее, известно, что теплоотвод от радиатора пропорционален 4-й степени температуры, и площади радиатора. Однако так же очевидно, что масса растет пропорционально площади, а так же обязана как-то зависеть от температуры. Скажем, если рабочая температура радиатора до 350 К, можно сделать радиатор из тонкой фольги и что-то подхимичить с нанотрубками, которые равномерно подгоняют теплоноситель. Если температура 700 К, то на единицу площади сбрасывается в 16 раз больше тепла! Однако очевидно, что даже тугоплавкий материал на таких температурах уже не может быть фольгой, не может иметь нано-толщину. А значит не может весить граммы на квадратный метр площади. Лист молибдена толщиной всего 1 мм весит 10 кг на кв.метр.
Теперь нужно понять, много это или мало? Сколько тепла могут слить эти 10 кг? И вот тут вы уже никак не можете кумекать на пальцах. Вы обязаны обратиться к товарищам Стефану и Больцману за подсказкой. Они воспользуются своим законом и скажут, что АЧТ излучает мощностью 13 кВт с квадратного метра при температуре 700 К. С учетом того, что метровый лист излучает в обе стороны, получаем 26 кВт. Или 2,6 кВт на килограмм. Используя композитные материалы, можно, наверное, улучшить показатель в 2-3 раза. Но в любом случае не на порядок. И никакая геометрия тут делу не поможет.

То есть, если брать с запасом, считаем что верхний предел теплового слива с учетом бананотехнологий ближайшего будущего - 10 кВт/кг. Если сможете побороть эту цифру на порядок, и доказать, что возможны 100 кВт/кг - только тогда можете считать себя победителем проблемы радиаторов Но до тех пор - нет. То, что сделали вы - это просто взяли и привесили к кораблю кучу радиаторов на малое количество включенных двигателей. Но такое "решение" прямо противоположно заявленной теме.

[bob]

во-первых, ватты на килограмм - это важно. По сути это заложено и в названии темы: вы же говорите о массе радиатора, а не о чем-то другом. Очевидно, что чем больше масса при той же мощности, тем меньше будет ускорение. Нас ведь не интересует даже мощность двигателя сама по себе. Интересует, какую массу корабля он будет двигать при этой мощности.

Не. Не интересует. Интересует только сравнение по массе схем из предложенной идеи - и схем без её применения, но с той же массой радиатора. Это на самом деле чистая геометрия. Никакой теплофизики.

Во-вторых, о КПД генерации выше 50 % мечтать глупо.

Да ну? 
https://www.electromechanics.ru/direct-current/237-efficiency-of-electric-machines.html
"Современные электрические машины имеют высокий коэффициент полезного действия (к. п. д.). Так, у машин постоянного тока мощностью 10 кВт к. п. д. составляет 83 – 87%, мощностью 100 кВт – 88 – 93% и мощностью 1000 кВт – 92..."

[Крупин]

Цитата: sharp от Сегодня в 11:12:27
Во-вторых, о КПД генерации выше 50 % мечтать глупо.
Да ну? 
https://www.electromechanics.ru/direct-current/237-efficiency-of-electric-machines.html
"Современные электрические машины имеют высокий коэффициент полезного действия (к. п. д.). Так, у машин постоянного тока мощностью 10 кВт к. п. д. составляет 83 – 87%, мощностью 100 кВт – 88 – 93% и мощностью 1000 кВт – 92..."

Речь о кпд тепловой, а не электрической машины. Максимальный кпд реализуется в цикле Карно -это предел.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B8%D0%BA%D0%BB_%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%BE

[bob]

Речь о кпд тепловой, а не электрической машины.

Тады ладно. Идёт.

[Крупин]

А общий кпд всей конструкции - произведение кпд реактора на кпд ионника. А какой у него кпд, наверняка уж ниже, чем у электрической машины.

[bob]

А общий кпд всей конструкции - произведение кпд реактора на кпд ионника. А какой у него кпд, наверняка уж ниже, чем у электрической машины.

Нет. ИЭРД - это очень хорошая электрическая машина. Почти идеальная. Катод, анод, ваккуум и ничего больше. Вакуумная лампа без стенок, кинескоп без экрана.

P.S. Вообще, к многоступенчатости электроракет дальнего радиуса действия, что мы тут и обсуждаем, в будущем действительно есть очевидные предпосылки. Радиоизотопный реактор служит лет двадцать-тридцать (у "Вояджера" уже полвека, но это уникум), а ионник перегорает года за два-три. Соответственно, за время полёта может смениться десяток генераций ионников. Перегоревшие придётся выкручивать и выбрасывать в пространство. Лучше вместе с лишними баками. Ну и кусками радиатора, которые деградирующему реактору становятся лишними. И эти рокировки в пути следует проводить оптимальнее.

[sharp]

Не. Не интересует. Интересует только сравнение по массе схем из предложенной идеи - и схем без её применения, но с той же массой радиатора. Это на самом деле чистая геометрия. Никакой теплофизики.

F = m*a, знаете такую формулу? В нашем случае лучше записать ее в виде a = F/m. Вот за уменьшение m мы и боремся.

Да ну? 

Ну на это вам уже ответили. Генерит ток тепловая машина. Извлекать электроэнергию из вакуума мы пока, к сожалению, не научились. КПД ионника можете считать при этом за 99%.

[Крупин]

КПД ионного двигателя, конечно, не принципиальный вопрос, поскольку тема не об этом. Но всё-таки, в просмотренных в интернете источниках указывается 60-80%.

[sharp]

КПД ионного двигателя, конечно, не принципиальный вопрос, поскольку тема не об этом. Но всё-таки, в просмотренных в интернете источниках указывается 60-80%.

Ну я имею в виду что можно рассмотреть для начала случай, приближенный к идеальному.

[Крупин]

КПД ионного двигателя, конечно, не принципиальный вопрос, поскольку тема не об этом. Но всё-таки, в просмотренных в интернете источниках указывается 60-80%.

Ну я имею в виду что можно рассмотреть для начала случай, приближенный к идеальному.

Это не имеет значения, поскольку тема про сравнение реакторов (их систем охлаждения), а ионники - одинаковы для всех конструкций).

[mbrane]

. А обычную многослойную печатную плату из бытовой техники, если на неё плеснуть жидким гелием - просто тупо разнесёт, потрескаются все дорожки, вылетят все контакты. Я же не говорю о применении какой-нибудь специальной платы для какой-нибудь военной техники, разработанной для условий Антарктики или дальнего космоса.

А вы не плескайте гелием...Медленно охладите платы (наприемер с посощью холодильников петелье), дабы резко не возникли сильные механические перенапряжения, а затем уже охлаждайте жидким гелием...Де есть нюансы (например обрывы в местах пайки) - ибо коэффициенты линейного раширения могут не совпадать, но это имеет никаого отношению к обработке сигналов...

Но до этого ещё никто здесь не додумался. Считать на самом деле абсолютно нечего и незачем, как и обычно бывает. Расчёты это всегда дело последнее. На пальцах и наглядно - всегда лучше.

Признаюсь честно - я только к концу третьей страницы начал поимать о чем Вы вообще говорите...Так что на пальцах оно может и проще , когда видно качественные сдвиги невооруженным глазом (например вот вода жидкая - вот лед холодный), а когда система огромная ч сотнями влияющих факторов - и не видны все причинно следственные связи - все рассужления на пальцах , ничего не дают... Мне вот к примеру вооьбще непонятен режим теплопереноса в баках, а также влияние роста тепмпературы теплоносителя на устойчивость процессов в реакторе...

Например, используя это тепло для предварительной ионизации рабочего тела, не тратя на это электроэнергию.

Камрад ознакомься с таблицей менделеева в вике - там даются пенрвые потенциалы ионизации элементов ...Самый низкий у ближайшего сосоеда ксенона - цезия в районе 4.5 В, у ксенона 20 В.... 1 В соотвтствует 12000 K.... как ты  с помощью низкопотенциального тепла в 1500 К (0,12 эВ) собираешься ионзировать  газ цезия или ксенона...Максимум возможного цезий испарить

[bob]

когда система огромная ч сотнями влияющих факторов - и не видны все причинно следственные связи - все рассужления на пальцах , ничего не дают...

Так надо уметь выделять ключевые факторы.

Мне вот к примеру вооьбще непонятен режим теплопереноса в баках

Надеюсь, режим теплопереноса в Вашем домашнем радиаторе отопления - вполне понятен. От того, что радиатор прикручен к изотопному реактору, уверяю, ничего принципиально не меняется. Он не становится от этого волшебным и особенным.

[FRIM@N]

Да, давайте считать. Рабочее тело - порошок микрочастиц цезия (Cs).
http://mirznanii.com/a/322148/elektricheskie-raketnye-ionnye-dvigateli
Температура плавления цезия = +28,6°C
Соответственно, 273,15 °C + 28,6°C  = 301,75 К.
Максимальная температура теплоносителя, соответственно, не выше 300 К. 

Начинаем считать. Берем формулу для расчета мощности, излучаемой телом с заданной площадью и температурой. Радиатор у нас будет идеальное черное тело.
P = SσT^4
S - площадь
σ - 5,67*10^-8
T - температура в Кельвинах
Тепловая мощность реактора, ну к примеру 1МВт. С учетом КПД всех систем КА оснащенный таким реактором и ионниками сможет развить тягу 10.8 ньютона.
Считаем площадь радиатора. При температуре 300К один квадратный метр сможет излучать 459Вт. Что бы слить мегаватт в пространство нам потребуется площадь 2178 квадратных метров.
В свою очередь если повысить температуру теплоносителя что в принципе сейчас используется в космической технике к примеру 1500К то излучение на метр будет составлять 287кВт, соответственно можно обойтись радиатором в 4 квадратных метра.
Уважаемому bob я предлагаю почитать информацию по ссылке, в ней описана история развития реакторов для космоса и технические решения. Так сказать для базового развития, что бы иметь хотя бы какое то представление как это работает

http://tnenergy.livejournal.com/12275.html

[FRIM@N]

Надеюсь, режим теплопереноса в Вашем домашнем радиаторе отопления - вполне понятен. От того, что радиатор прикручен к изотопному реактору, уверяю, ничего принципиально не меняется. Он не становится от этого волшебным и особенным.

Я давал ссылку выше, цитирую

1. Невесомость приводит к отсутствию конвективного теплообмена в жидких и газообразных теплоносителях. Из-за этого резко усложняется теплосъем и борьба с локальными перегревами АЗ

То есть домашний радиатор в условиях невесомости работать не будет, не будет конвективного теплообмена. Потребуется принудительная циркуляция.
Это к вопросу как мы будем распределять тепло между микрочастицами цезия?

[Крупин]

Теоретически цезий можно использовать как жидкий теплоноситель. По мере надобности изымать, отверждать, молоть в порошок.
Перемолом всё равно придётся заниматься (если использовать именно порошок), поскольку у цезия t плавления 28 градусов, а бак с цезием планируется использовать как радиатор. Радиатор ниже 28⁰C был бы крайне неэффективным излучателем.