Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

[SONY]

1500К-400К=1100К
1100К·0,25=275К
1500-275К=1225К

И что значит весь этот поток чисел?..

Я взял идеализированный цикл безотносительно типа преобразователя, чтоб показать зависимость площади ХИ от КПД.

Идеализированный цикл - это цикл Карно. КПД цикла Карно - это (1 - T_х/T_н), где T_х - температура "холодильника", нижняя, Tн - температура "нагревателя", верхняя. 1 - 1225/1500 = 1 - 0,8167 = 0,1833 = 18,33%. При температурах 1225 К и 1500 К фундаментально невозможно получить КПД выше 18,33%.

чем больше КПД - тем меньше ХИ и наоборот.

НЕТ!
Чтобы повысить КПД нужно снизить температуру "холодильника", а зависимость мощности излучения от температуры - аж четвёртая степень. Если вы ценой снижения на 20% температуры двукратно уменьшите мощность сбрасываемого тепла, то вы сделаете хуже: площадь радиаторов возрастёт на 22%!
Можно рассуждать на тему того, что "высокообогащённый уран очень дорог, так что снизить его расход за счёт увеличения на 22% площади радиаторов экономически оправдано", но говорить про "чем больше КПД - тем меньше ХИ" никак нельзя: есть оптимальный КПД, и я вам наглядно показал это вот тут, где как раз я "взял идеализированный цикл безотносительно типа преобразователя, чтоб показать зависимость площади ХИ от КПД".

Вот так выглядит произвольно взятый Брайтон.

Вот именно, что произвольный! А нам нужно выбрать какой-то конкретный - оптимизировать. По какому параметру оптимизировать будем? Первое, что приходит на ум - КПД. Но у оптимального по КПД цикла Брайтона ровно нулевая мощность... Какой ещё вариант? Ну раз упёрлись в нулевую мощность - давайте по мощности оптимизировать, возьмём такой цикл Брайтона, который позволяет получить максимальную работу за один цикл. Что я и сделал.
У вас есть другие идеи, по какому параметру цикл оптимизировать? Предлагайте. Только, прошу, сначала освойтесь с термодинамикой хоть на таком уровне, чтобы КПД цикла Карно правильно считать...

[AlexandrU]

1500К-400К=1100К
1100К·0,25=275К
1500-275К=1225К

И что значит весь этот поток чисел?.. Идеализированный цикл - это цикл Карно...

Это значит, что цикл тепловой машины ограничен снизу температурой Т1 и всё, что ниже этой точки в работе не участвует, а актуальный для практического использования КПД считается в рамках цикла.

НЕТ!
...

Как вы считаете площадь ХИ?

[SONY]

Это значит, что цикл тепловой машины ограничен снизу температурой Т1 и всё, что ниже этой точки в работе не участвует, а актуальный для практического использования КПД считается в рамках цикла.

Вы часом пылесосами Кирби не торгуете?.. Хватит зубы заговаривать!
КПД идеального цикла Карно (он же по совместительству - фундаментальный предел для КПД любой тепловой машины) равен (1 - T_х/T_н) - у него только две температуры. Это - элементарная школьная физика, можете посмотреть в учебнике.
КПД идеального цикла Брайтона равен (1 - T₁/T₂) = (1 - T₄/T₃).
КПД любой реальной тепловой машины всегда строго ниже КПД идеального цикла её работы.

Как вы считаете площадь ХИ?

В каком из двух случаев? С циклом Карно или с циклом Брайтона?

[AlexandrU]

В каком из двух случаев? С циклом Карно или с циклом Брайтона?

Ни в каком, произвольно в Вт/градус.

upd. Например: 1000Вт рассеивается в диапазоне температур от 1000К до 500К.

[SONY]

Ни в каком, произвольно в Вт/градус.

upd. Например: 1000Вт рассеивается в диапазоне температур от 1000К до 500К.

Произвольно нет никаких "Вт/градус".
В цикле Карно одна единственная температура холодильника, и сам этот цикл - недостижимый идеал, поэтому удельная мощность излучения считалась просто как 5,6704*10^-8*0,95*T_х⁴. 0,95 - коэффициент серости, единственное отступление от идеальности, использованное в расчёте. Соответственно, площадь считалась как P/(5,6704*10^-8*0,95*T⁴), где P - излучаемая мощность.
В цикле Брайтона реально было бы почти также, т.к. теплообменник на практике имеет почти однородную температуру в районе T₁, нагревать теплоноситель выше ему проблематично, а радиатор лишь немного охлаждает теплоноситель, его температура всё время остаётся где-то не слишком далеко от T₁, т.к. выгоднее быстро гонять чуток поостывший теплоноситель, а не городить огромный радиатор, который позволит обеспечить большой перепад температур теплоносителя на входе и выходе. Но раз уж вы считали, что теплоноситель нагревается от T₁ на входе в теплообменник до T₄ на выходе, а затем остывает в радиаторе в обратном направлении, то площадь считалась как (P/(3*5,6704*10^-8*0,95*(T₄-T₁))*(1/T₁³-1/T₄³), что получается из интегрирования мощности излучения в диапазоне температур от T₁ до T₄.
Площадь радиатора для рассеивания 1000 Вт в диапазоне температур от 1000 К до 500 К составит 0,1183 м².

[Max_Z]

Имхо в первом приближении оптимизация должна быть в улучшении энерговооруженности, т.е. кВт/кг допустим при заданной электрической мощности минимальная масса конструкции.
Однако тут даже удельная масса холодильника будет нелинейна в двух параметрах: при увеличении площади удельная масса будет расти, при увеличении температуры тоже, так как далеко не все материалы могут быть использованы. Как поведет себя люминь при температуре 1000К?

[SONY]

Как поведет себя люминь при температуре 1000К?

Если в космосе, то будет собираться в капли.

[AlexandrU]

...площадь считалась как (P/(3*5,6704*10^-8*0,95*(T₄-T₁))*(1/T₁³-1/T₄³)... Площадь радиатора для рассеивания 1000 Вт в диапазоне температур от 1000 К до 500 К составит 0,1183 м².

Не правильно посчитали.
(P/(3*5,6704*10^-8*0,95*(T4-T1))*(1/T1^3-1/T4^3)
(1000/(3*5,6704*10-8*0,95*500К)*(1/500К^3-1/1000К^3)=0,086м²

Как почините калькулятор, возвращайтесь сюда и принимайте атеизм.

[SONY]

Не правильно посчитали.
(P/(3*5,6704*10^-8*0,95*(T4-T1))*(1/T1^3-1/T4^3)
(1000/(3*5,6704*10-8*0,95*500К)*(1/500К^3-1/1000К^3)=0,086м²

Да, действительно: посчитал всё по привычке для 1 кВт электрической мощности, а не сбрасываемой, от чего получилось сильно завышенное число для площади радиатора.

Как почините калькулятор, возвращайтесь сюда и принимайте атеизм.

Ну а вы прекращайте голову морочить, если по делу сказать нечего, и принимайте буддизм.

[AlexandrU]

Ну а вы прекращайте голову морочить...

Разве я оптимальность КПД относительно площади ХИ проповедовал?

[Inti]

Ага! 

[ядерная лапка]

Ага! 

Зачем то приплел термояд.Я вчера когда смотрел офигел.
скорее всего речь про это, а не термояд.
https://fusion.rosatom.ru/docs/30-03/1_30.03.pdf
ПМСМ - фигня.Зачем вместо ксенона криогенный водород загадка.Ид-500лучше.С той же мощности Ид500 даст 11Н тяги а этот только шесть.Имульс 100км да.Хотя и 70км не плохо при почти вдовое большей тяге.Но в целом чем больше вариантов - тем лучше.Если движки ставить на ПН, а не сам буксир можно менять тип двигателя\топлива и их тягу\уи и количество в зависимости от задачи.

[SONY]

Зачем вместо ксенона криогенный водород загадка.Ид-500лучше.

Затем, что ТРИНИТИ тоже хочется кушать...
Впрочем, хоть сами разработчики об этом скорее всего даже не задумывались, их двигатель приобретает смысл, если его аммиаком "кормить": ксенон нынче сильно подорожал, да и ранее стоил очень прилично, особенно с учётом необходимости многих тонн этого газа (одна заправка буксира - 5-10% мирового годового производства), а аммиак стоит копейки и хранить его не сложно.

[ratcustorb]

А до какого предела можно поднять температуру в реакторе?
Высокая температура решает проблемы сброса тепла и преобразования в электричество.

[vlad7308]

А до какого предела можно поднять температуру в реакторе?

если АЗ твердая - то до расплавления АЗ
Если жидкая - то до испарения АЗ.
Если газовая - то...     

В твердофазных АЗ были получены макс.температуры до примерно 3000К (плюс минус)

[Георгий]

А до какого предела можно поднять температуру в реакторе?
Высокая температура решает проблемы сброса тепла и преобразования в электричество.

При номинальной мощности реактора температура на оси твэла составляет около 1600 °C, а на поверхности таблеток — около 470 °C. Максимальная температура достигает соответственно 1940 и 900 °C.

Снуп
Высокая теплопроводность обеспечивает надежность и температурную стойкость топлива: можно эксплуатировать при температуре до 700 °C.

Втгр около 1400 +-

Может придумают комбинированную схему, когда часть энергии улавливается фотоэлектрическими преобразователями, а затем греет рабочее тело

[SONY]

Высокая температура решает проблемы сброса тепла и преобразования в электричество.

Термофотоэлектрические преобразователи хороши для радиоизотопных источников энергии, т.к. там на протяжении десятилетий довольно стабильная излучаемая мощность, а значит температура и спектр излучения.
Плутоний-238 за 30 лет работы ядерной батареи снизит свою тепловую мощность на 21%, при этом температура снизится лишь на 5,8% и, соответственно, пик теплового излучения сместится в длинноволновую область лишь на 6,1%. Все параметры весьма стабильны, преобразователи будут работать как надо.
Однако одно из основных достоинств ядерных реакторов - способность менять мощность, подстраиваясь под текущие нужды! Мощность при этом может меняться на порядок или даже больше. Если мы снижаем тепловую мощность в 5 раз (не так уж и сильно!), то температура снизится более чем на 33%, а пик теплового излучения уползёт в длинноволновую область почти на 50%. Т.е. был у нас пик излучения при 1,16 мкм (температура излучателя 2500 К), а станет - при 1,73 мкм (1672 К)... Это радикальное изменение, которое просто обрушит работу преобразователя.
Например, если преобразователь основан на полупроводнике InGaAs, то он будет эффективен в таком диапазоне длин волн (синяя кривая):
Вы не можете просматривать это вложение.
Т.е. от 0,95 до 1,70 мкм.
А спектр излучения при 2500 К таков:
Вы не можете просматривать это вложение.
Как видим, никаких проблем, львиная доля излучения приходится на рабочую область преобразователя.
Но при 1672 К спектр станет уже таким:
Вы не можете просматривать это вложение.
И тут уже основная часть излучения получается за пределами рабочего диапазона, КПД преобразователя падает многократно...

При использовании традиционных преобразователей мы можем просто снизить скорость прокачки теплоносителя и за счёт этого сохранить температуру на прежнем уровне несмотря на падение мощности в разы.

[jnet]

А до какого предела можно поднять температуру в реакторе?
Высокая температура решает проблемы сброса тепла и преобразования в электричество.

При номинальной мощности реактора температура на оси твэла составляет около 1600 °C, а на поверхности таблеток — около 470 °C. Максимальная температура достигает соответственно 1940 и 900 °C.

Снуп
Высокая теплопроводность обеспечивает надежность и температурную стойкость топлива: можно эксплуатировать при температуре до 700 °C.

Втгр около 1400 +-

Может придумают комбинированную схему, когда часть энергии улавливается фотоэлектрическими преобразователями, а затем греет рабочее тело

Надо вернуться к графитово-урановым реакторам:

[ядерная лапка]

Надо вернуться к графитово-урановым реакторам:

Не надо.У тепловых реакторов масса больше.

[jnet]

Надо вернуться к графитово-урановым реакторам:

Не надо.У тепловых реакторов масса больше.

Дык это и плохо. А так обогащаем уран 238 плутонием где то 95% к 5% и в графитовый куб. Сердито и легче по массе