2 - 34,2 Вт/м 2
2. Розрахунок статичних характеристик ступені охолодження
У багатоступеневих кріогенних установках особливе місце займає щабель використання охолодження, особливо в двоконтурних системах криостатирования. У цьому випадку СІО забезпечує зв'язок енергетичних і матеріальних потоків кріогенної установки і об'єкта криостатирования. Об'єкти криостатирования часто являють собою складні кріоенергетіческіе машини і пристрої з багатофакторними режимними параметрами, зміна яких може сильно впливати на показники роботи кріогенної системи [15].
До об'єктів криостатирования, зокрема, відноситься і надпровідний ротор КТГ [22], схема циркуляційного контуру охолодження якого зображена на рис.2.15. У ротор III кріотурбогенераторів подаються два потоки гелію. Потік G , призначений для охолодження термічного екрану, токовводов і теплових мостів, прямує з КДУ в центральну порожнину ротора, де створюється розрідження під дією термосифонного ефекту теплообмінників теплових мостів II.
Надпровідна обмотка збудження IV кріостатіруется за допомогою циркуляційного потоку гелію M ?, кратність циркуляції якого забезпечується насосом VI. Теплообмінник навантаження I є сполучною ланкою між циркуляційним контуром і кріогенної гелієвої установкою. Для зняття теплового навантаження через гелієвої установки подається потік рідкого гелію, який кипить в теплообміннику I прирозрідженні, створюваному криогенним нагнітачем VII.
Для дослідження взаємного впливу структурних елементів на умови криостатирования ротора може бути застосоване математичне моделювання.
Для розрахункового аналізу циркуляційного контуру КТГ приймається комбінована математична модель, що складається з елементів з розподіленими (I, IV, V) і зосередженими (радіальні канали 0-1, 2-3 і циркуляційний насос) параметрами. Розроблено програму Контур , блок-схема якої показана на рис.2.16. При побудові моделі використаний ітераційний метод.
Рис. 2.15. Принципова схема криостатирования ротора кріотурбогенераторів: I - теплообмінник навантаження; II - теплообмінники теплових мостів; III - ротор; IV - бандаж СПОВ; V - кріотрубопроводи; VI - циркуляційний насос; VII - криогенний нагнітач; 1-11 - характерні точки циркуляційного контуру
Рис. 2.16. Блок-схема алгоритму розрахунку програми Контур
Розрахунок починається з точки 6, так як її параметри найбільш вірогідно можуть бути знайдені із умов теплообміну в апараті I.
Параметри в точці 0 ( p 0, T 0, h 0) визначаються за допомогою підпрограми HEX при заданому потоці M ? , Його параметрах p 6, Т 6 на вході в кріотрубопровод і поверхневої щільності зовнішнього теплового потоку q т. При розрахунку параметрів стану гелію на виході з радіального каналу приймаємо, що в каналі 0-1 під дією відцентрових сил відбувається стиснення гелієвого потоку. Параметри точки 1 визначаються шляхом спільного рішення рівнянь методом послідовних наближень:
Для моделювання теплових процесів в горизонтальному гелієвому каналі 1-2 використовується підпрограма HEX , при реалізації якої визначаються параметри p 2, T 2, h 2 і т.д. При цьому приймаємо, що потік гелію рівномірно розподіляється по всіх горизонтальних каналах і має однакові параметри на вході. Параметри точки 3 з урахуванням наявності доцентровий гальмування потоку гелію в радіальному каналі 2-3 визначаємо шляхом спільного рішення системи рівнянь методом послідовних наближень:
Параметри стану гелію в точці 4 ( p 4, T 4, h 4,? 4) перед циркуляційним насосом розраховуються аналогічно параметрам точки 0 за програмою HEX .
Параметри точки 5, розташованої після циркуляційного насоса, визначаються з умови, що насос забезпечує зміну тиску циркуляційного потоку гелію до тиску в точці 0 в теплообмінному апараті I і кріотрубопроводе:
. (2.20)
Тоді ентальпія в точці 5 визначається як
, (2.21)
а температура буде знайдена по тиску і ентальпії:
. (2.22)
Робота насоса розраховується за висловом
, (2.23)
де
. (2.24)
Рівняння (2.21) - (2.24) вирішуються спільно методом послідовних наближень.
У зв'язку з тим що ротор створює власний напір, у ряді випадків тиск перед насосом p 4 може бути більше, ніж необхідний тиск р
