Компактные ЯСУ.

[falanger]

Давеча тут нарыл информацию по тепловой мощности и габаритам ядерного реактора ЯРД РД-0410. Удивился и порылся ещё.
А потом решил наваять вот это.

"Одноконтурный" реактор с ЖМТ висмут-свинцовым сплавом (как вариант сплав Вуда с температурой плавления + 69 С) с ТЭГ с КПД 40% (якобы разрабатывают для лодочных ЯСУ нового поколения).

Пока видится 2 схемы.

1) Активная зона с небольшим зазором тупо залита ЖМТ. Никакой перекачки ЖМТ, он чисто отводит тепло контактно от ТВЭЛов к ТЭГ, концы которых проходя сквозь стенки реактора омываются им.
Другие концы ТЭГ торчат наружу с развитыми омываемыми поверхностями и омываются охлаждающим теполоносителем возможно с активной прокачкой (вода или воздух, не суть важна).
Но тут есть проблема - перепад температуры для ТЭГ с КПД 40% должен быть достаточно крут, т.е. теплоноситель надо прогреть этак до 700-800 С.
Стандартный лодочный ЖМТ висмут-свинцовый с БМ-40А с "Лиры" в принципе такую температуру держит, про + 440 С уверен точно. А про сплав Вуда слышал версию что он испарится при такой температуре и порвёт реактор.
Но что-то мне слабо верится что он испарится.

Знающие люди не ответят ли на этот вопрос?
 
2) Почти то-же самое но ЖМТ больше и есть "радиатор" куда выведены концы рёбер ТЭГ, осуществляется циркуляция ЖМТ по контуру.
Из-за труб и этого самого радиатора с циркуляционными насосами больше, сложнее и ненадёжней всё + опстность закупорки трубопроводов-радиатора-насосов пробками из окислов ЖМТ, что бывало в реальной эксплуатации.  

Ваша критика и мнения?

[nsg]

... про + 440 С уверен точно. А про сплав Вуда слышал версию что он испарится при такой температуре и порвёт реактор.
Но что-то мне слабо верится что он испарится.

Судя по отдалённым воспоминаниям при 500 С сплав Вуда всё ещё жидкий, так что не порвёт.

Ваша критика и мнения?

А в чём, собственно, формула изобретения? Скрестить мифический суперкомпактный реактор от ярд с не менее мифическим тэгом на 40%?
И применять это где? В пилотируемых кк? Или в амс? Или вообще на подводных лодках? Развейте, пожалуйста, вашу мысль.

(кстати, скорее всего имелось ввиду "40% от цикла Карно", а не "40% от тепловой энергии превращается в электрическую". В такое легче поверить.)

[Николай Павловский]

Что понимается под ТЭГ? термоэлекрический или термоэмиссионный генератор?
Судя по температурам и КПД - скорее второе.
Для КПД в 40% температура, полагаю, будет радикально выше. Настраивайтесь под 1000.

Зачем "заливать" реактор - непонятно. Как без циркуляции? На теплопроводности? Результат очевиден.
ТЭП отлично компонуются прямо вокруг ТВЭЛов. Как вариант - тепловые трубы.

И, таки да - к чему это все?

[falanger]

Судя по отдалённым воспоминаниям при 500 С сплав Вуда всё ещё жидкий, так что не порвёт.

А в чём, собственно, формула изобретения? Скрестить мифический суперкомпактный реактор от ярд с не менее мифическим тэгом на 40%?
И применять это где? В пилотируемых кк? Или в амс? Или вообще на подводных лодках? Развейте, пожалуйста, вашу мысль.

(кстати, скорее всего имелось ввиду "40% от цикла Карно", а не "40% от тепловой энергии превращается в электрическую". В такое легче поверить.)

А не помните при какой температуре сплав Вуда начинает испарятся?

Не форма изобретения, а техническая реальность предложенных мной схем.
А применять в наземной технике достаточно крупной, в пилотируемых КК, в АМС, на морской технике с АПЛ включительно.

ЕМНИП для термоэлектрических гненраторов. ака термопар, говорят обычно про КПД подразумевая именно про процент преобразования тепловой энергии. Хотя я теплотехнику не учил никогда серьёзно, а так обзорно читал.

[falanger]

Что понимается под ТЭГ? термоэлекрический или термоэмиссионный генератор?
Судя по температурам и КПД - скорее второе.
Для КПД в 40% температура, полагаю, будет радикально выше. Настраивайтесь под 1000.

Зачем "заливать" реактор - непонятно. Как без циркуляции? На теплопроводности? Результат очевиден.
ТЭП отлично компонуются прямо вокруг ТВЭЛов. Как вариант - тепловые трубы.

И, таки да - к чему это все?

Ну термоэмиссионные генераторы страдают "деградацией" эмиттера, т.е. со временем падает эмиссионная способность. Потому насколько я знаю и "Топазы" недолго работали.
Так что я говорю про термоэлектрический генератор. По сути набор термопар достаточно эффективных.
Я кстати видел древненький такой ТЭГ который одевался на керосинку и запитывал радиоприёмник ламповый с двухвольтовыми лампами.

Заливать активную зону ЖМТ помоему смысл в том, чтобы равномерно распределять тепло выделяемое ТВЭЛами отводя к переферии активной зоны.
А компоновать ТЭГи вокруг ТВЭЛов... А как тогда обеспечивать охлаждение вторых концов термопар?
 
В случае-же когда вокруг компактной активной зоны залитой ЖМТ они расположены, это намного проще...

А про тепловые трубы не проведёте ли краткий ликбез или ссылку не кинете "для чайников"?

[nsg]

А не помните при какой температуре сплав Вуда начинает испарятся?

Испаряться почти наверняка начинает сразу как только расплавится (а до того сублимирует), вот когда кипеть начинает не только не помню, но даже не знал никогда. Нагревал его до 500 С когда надо было отследить как изменяется число Рейнолдса для разных сплавов при разных температурах. Кипятить сплав при этом не требовалось.

ЕМНИП для термоэлектрических гненраторов. ака термопар, говорят обычно про КПД подразумевая именно про процент преобразования тепловой энергии.

Обычно да, но 40% это как-то слишком много для тэга. Опять же, без указания температуры холодильника (и нагревателя) цена этим заявленным 40% небольшая. Например, если охладить холодильник до 3К (опустить в жидкий гелий), то может и выдать на короткое время 40%, но кому это надо?

[Николай Павловский]

Ну термоэмиссионные генераторы страдают "деградацией" эмиттера, т.е. со временем падает эмиссионная способность. Потому насколько я знаю и "Топазы" недолго работали.

Это, в принципе, вполне решаемые проблемы.
Термоэлектрические тоже склонны к деградации - ибо полупроводники, в космосе, при высоких температурах да еще и реактор под боком.

Так что я говорю про термоэлектрический генератор. По сути набор термопар достаточно эффективных.

Тогда забудьте про 40%.

Заливать активную зону ЖМТ помоему смысл в том, чтобы равномерно распределять тепло выделяемое ТВЭЛами отводя к переферии активной зоны.

А зачем? Зачем его равномерно распределять?
Нам нужно подвести тепло от реактора  к преобразователям. На преобразователях тепловое поле нужно равномерное, а в самом реакторе-то зачем?
И, главное - откуда оно будет равномерным? Мы в невесомости, от циркуляции вы отказались в первом же посте... Так что кастрюлька закипит в районе ТВЭЛов, а потом лопнет.

А компоновать ТЭГи вокруг ТВЭЛов... А как тогда обеспечивать охлаждение вторых концов термопар?

Как обычно - отводом тепла к радиаторам. В случае термоэмиссионного генератора плюс в том, что передается не высокотемпературный поток к катоду, а низкотемпературный от анода.

А про тепловые трубы не проведёте ли краткий ликбез или ссылку не кинете "для чайников"?

"разработано достаточно много разнообразных конструкций теплопередающих устройств, известных под названием тепловая труба, которые обладают эффективной теплопроводностью, превышающей в сотни и тысячи раз теплопроводность самых лучших проводников тепла , таких как медь и серебро. Самая простая по конструкции тепловая труба первого поколения, ставшая теперь классической , представляет собой герметично закрытую с концов тонкостенную трубку, внутренние стенки которой выложены тонким слоем пористого материала - фитиля (сетками, пористыми металлами, металлокерамикой, и т.д.). Трубой второго поколения является труба с раздельными каналами для пара и жидкости. Она способна работать без больших температурных перегрузок при любой ориентации в гравитационном поле. "

[falanger]

Дело в том, что реактор не только для космоса.

И - а какой бы вы ввариант предложили чтобы масса была не более 2 тон у реактора и выдаваемая электрическая мощность была в районе 1-1,2 МВт в течении 1 года, ну и чтобы КПД преобразования был повыше... Компактность и отсутствие циркуляционных контуров тоже приветствуется, использование ЖМТ желательно но непринципиально.

[Николай Павловский]

Дело в том, что реактор не только для космоса.

А, значит, я чего-то не понял. Простите, а зачем? К чему универсализм?

И - а какой бы вы ввариант предложили чтобы масса была не более 2 тон у реактора и выдаваемая электрическая мощность была в районе 1-1,2 МВт в течении 1 года

Поднял бы взвод в атаку с криками "банзай".
Вы хотите удельную массу порядка 2 кг/кВт. Недостижимо.
Американцы для "Прометея" надеялись уложиться в 40 кг/кВт.
У нас на перспективном ЭРТА (1994) выходило 46 кг/кВт.
Только ЯЭУ 17Ф11 выбивалась из этого ряда - там получалось что-то порядка 20 кг/кВт. Возможно, сказался масштабный эффект, все же 550кВт электрической мощности.

Но ожидать улучшения характеристик на порядок - нет оснований.

ну и чтобы КПД преобразования был повыше...

КПД - не самоцель, в общем-то. Ибо при неизменном размере/массе из реактора можно выжать очень широкий диапазон мощностей.
При уменьшении КПД, конечно, растет поток тепла на радиаторы.
Так что в первом приближении оптимум нужно искать где-то в этом направлении.
Наибольший КПД сейчас реально получить при машинном преобразовании. Но там масса своих минусов.
Лично я поклонник термоэмиссии с конструкцией на основе электрогенерирующих каналов.

[falanger]

Про "недостижимо" 2 кг/кВт.
Реактор РД410, 196 МВт в пике при массе реактора в 2 тонны с защитой, правда через него 16 кг в секунду водорода гонят, который и охлаждает все.
Меня интересует минимальная масса активной зоны из которой можно "выжать" 8-10 МВт тепловой, от этого и плясать.
Машинное преобразование - недостатки типа сложности, громоздкости, снижения надёжности и КПД многоконтурной системы понятны.
И высокий КПД как сами говорите позволяет снизить поток теплана радиаторы, что важно в первую очередь для космоса, нои для планетарной техники хорошо.
Ну так какой же сейчас есть метод преобразования тепла в электричество отличающийся а) высоким КПД б) достаточно высокой компактность и лёгкостью в) механической простотой и надёжностью.
Вариант активной зоны с набором термопар вокруг я уже приводил..
Кстати, а какой максимальный КПД терморэмиссиорнных генераторов сейчас?

[KBOB]

Вот модную статейку нашел
http://www.world-nuclear.org/info/inf82.html
The SAFE-400 space fission reactor (Safe Affordable Fission Engine) is a 400 kWt HPS producing 100 kWe to power a space vehicle using two Brayton power systems - gas turbines driven directly by the hot gas from the reactor. Heat exchanger outlet temperature is 880°C. The reactor has 127 identical heatpipe modules made of molybdenum, or niobium with 1% zirconium. Each has three fuel pins 1 cm diameter, nesting together into a compact hexagonal core 25 cm across. The fuel pins are 70 cm long (fuelled length 56 cm), the total heatpipe length is 145 cm, extending 75 cm above the core, where they are coupled with the heat exchangers. The core with reflector has a 51 cm diameter. The mass of the core is about 512 kg and each heat exchanger is 72 kg.

SAFE has also been tested with an electric ion drive.

A smaller version of this kind of reactor is the HOMER-15 - the Heatpipe-Operated Mars Exploration Reactor. It is a15 kW thermal unit similar to the larger SAFE model, and stands 2.4 metres tall including its heat exchanger and 3 kWe Stirling engine (see above). It operates at only 600°C and is therefore able to use stainless steel for fuel pins and heatpipes, which are 1.6 cm diameter. It has 19 sodium heatpipe modules with 102 fuel pins bonded to them, 4 or 6 per pipe, and holding a total of 72 kg of fuel. The heatpipes are 106 cm long and fuel height 36 cm. The core is hexagonal (18 cm across) with six BeO pins in the corners. Total mass of reactor system is 214 kg, and diameter is 41 cm.

[falanger]

Спасибо за ссылку.

[falanger]

Да, кстати.
Если реактор ЯРД РД-0410 весит 2.000 кг при тепловой мощности 196 МВт то получается 2000 / 196 = 10,205 кг/МВт?
И тогда на 5 МВт реактор получается активная зона массой всего 51,025 кг?