Zylindrische Radiatoren auf Raumfahrzeugen?

Es ist schön, Ihre Heizkörper durch die Panzerform Ihres Raumkriegsschiffs taktisch vor feindlichem Feuer geschützt zu haben, aber ein normaler einseitiger oder doppelseitiger Heizkörper ist immer noch eine Schwachstelle. Andere Konzepte wie Flüssigkeitstropfen- und elektrostatische Strahler scheinen zu komplex zu sein und viel mehr Leistung zu benötigen. Ich dachte an Radiatoren, die denen der Graphitspitzen ähneln, die auf den Fusionsbrennerkäfigen in Attack Vector: Tactical zu sehen sind. Sie würden in einem Winkel aus dem Körper des Kriegsschiffs herausragen, der es ihnen ermöglicht, durch die Frontpanzerung vor entgegenkommendem Feuer geschützt zu werden. Sie würden eine strahlende Oberflächenhülle um den gesamten Umfang haben, wobei Arbeitsflüssigkeitsrohre durch das Innere verlaufen. Wie machbar ist das? Was sind Ihre Ideen für ihr Design (ungefähre Länge, Durchmesser und Materialien)? Wie würde ich berechnen, wie viel Wärme sie abführen würden? Angenommen, es handelt sich um etwa 1-2 GW Abwärme aus einem 200-MW-Kernreaktor.

Strategisch gezeichneter roter Kreis, der auf die Kühlerspitzen eines Kriegsschiffs aus AV: T hinweist

Irdische Kraftwerke haben einen Gesamtertrag von etwa 30%. 1 GW von 1,2 GW zu entsorgen, ist etwa die Hälfte dieser Ausbeute.
Siehe Wärmestrahlung/Strahlungsleistung . Verwenden Sie einen wissenschaftlichen Taschenrechner, um anhand der Temperatur zu berechnen, welche Fläche Sie benötigen.
Nur zu Ihrer Information, die Spikes an diesem Design sind "sekundäre" Radiatoren, die dazu gedacht sind, eine geringe Menge an Abwärme loszuwerden, die bei der magnetischen Eindämmung des Fusionsantriebs anfällt. Die Hauptstrahler sind vom konventionellen Typ und werden im Kampf eingefahren. Hier ist die gleiche Klasse mit erweiterten Heizkörpern: projectrho.com/public_html/rocket/images/basicdesign/…

Antworten (2)

Die Gleichung für die Strahlungsleistung lautet P = ϵ σ A T 4 Graphit beginnt bei 3.700 Kelvin zu sublimieren. Nehmen wir an, es gibt keinen Sicherheitsfaktor, aber ein typischer für die Luft- und Raumfahrt ist 1,5, was die Auslegungsbetriebstemperatur auf 2.500 Kelvin senken würde.

Leider ist, wie bereits erwähnt, Ihre Wärmepumpe der limitierende Faktor bei einer viel niedrigeren Heizkörpertemperatur von 600 Grad Kelvin.

ϵ ist unser Emissionsgrad von 0 bis 1. Nehmen wir an, es ist ein idealer Strahler bei 1.

σ ist eine Konstante 5.67 × 10 − 8 .

Angenommen, Sie hätten eine futuristische, mehr als perfekte Wärmepumpe und könnten die Heizkörper vollständig bis an ihre Materialgrenze nutzen, um 2 GW abzustrahlen, dann benötigen Sie beim Ausfall (die Stäbe beginnen zu verdampfen) 188 Quadratmeter Heizkörper oder 903 Quadratmeter beim Sicherheitsfaktor.

Realistischer ausgedrückt: Bei einer maximalen Temperatur von 600 Grad Kelvin an den Heizkörpern benötigen Sie 56.000 Quadratmeter Heizkörper, um die gleichen 2 Gigawatt abzustrahlen.

Damit diese Stangen effektiv sind, dürfen sie nicht in Ihren Rumpf zurückstrahlen. Daher ist etwa die Hälfte des Strahlungsbogens von Zylindern, die durch die Vorderseite des Rumpfes vor Feuer abgeschirmt sind, nicht verfügbar. Sie möchten auch nicht, dass der Bienenstock abgebildet ist, da sich die Heizkörper gegenseitig stören würden. Wenn Sie zwei 4er-Sets haben, die vertikal am Rumpf entlang versetzt sind, müssten sie jeweils 225 Quadratmeter groß sein. Leicht machbar mit 100-Meter-Spikes mit einem Durchmesser von etwa 2 Metern.

Für einen realistischeren Wald mit einer 600-K-Grenze am Kühler müsste die gleiche Konfiguration 13,4 Meter Durchmesser haben.

Ah, aber Sie können die Temperatur des Kühlmittels nicht in die Nähe von 2.500 K bringen. Sie pumpen Wärme bergauf; Selbst wenn Sie eine ideale Wärmepumpe verwenden, möchten Sie immer noch eine Leistungszahl größer als 1, da Sie sonst mehr Energie aufwenden, um sie zu pumpen, als Sie in das Kühlmittel pumpen. Angenommen, Sie möchten das Innere des Raumfahrzeugs auf etwa 300 K halten, können Sie die Temperatur des Kühlmittels nicht über 600 K oder etwa 330 °C erhöhen. OK, Sie geben die Wärme einer kühlen Seite von a ab Wärmekraftwerk, sagen wir bei 100° C; Sie sind jedoch auf vielleicht 700 K oder 430 ° C beschränkt.
@AlexP Daran habe ich nicht gedacht. Meine Annahmen: Graphit hat einen Emissionsgrad von 0,70-0,98 , also nehme ich an, dass er etwa 0,90 beträgt und die strahlende Oberfläche bei 3000 K liegt . In einem anderen Kommentar habe ich eigentlich gesagt, die abstrahlende Fläche soll 188 m² betragen bei 2 Meter Durchmesser und 20 Meter Länge. Setzt man das in P = A ⋅ ϵ⋅ σ ⋅*T⁴* ein , scheint es, dass dies 777 MW abstrahlen würde . Holen Sie sich zwei davon oben und unten, Sie erhalten 1554 MW oder 1,55 GW (minus einige, wenn sie angewinkelt sind).
@zertofi: Leider kann man der Tyrannei von Monsieur Sadi Carnot nicht entkommen. Es gibt keine Möglichkeit, das Kühlmittel auf eine so hohe Temperatur zu bringen. (Wenn die Leistungszahl der Wärmepumpe unter 1 fällt, verbrauchen Sie mehr als 1 Joule für jedes Joule Wärme, das Sie in das Kühlmittel pumpen; und das können Sie nicht tun, da sich die Differenz dann als Wärme ansammelt und den Zweck zunichte macht das Kühlsystem.)
@AlexP Also bin ich besser dran, eine Art Tröpfchen oder Standardheizkörper zu verwenden?
@b.Lorenz Ja, natürlich braucht Habitat Strahler, selbst die Hochleistungselektronik braucht Ministrahler (wie der Lasergenerator). Die zylindrischen Strahler wären nur für den Reaktorgebrauch bestimmt.
@b.Lorenz: Der Punkt ist, dass Sie die heiße Seite des Kraftwerks nicht abkühlen wollen; Sie wollen die kühle Seite des Kraftwerks abkühlen. Jedes Wärmekraftwerk nimmt Wärme von einer heißen Quelle auf, extrahiert etwas kostenlose Energie und leitet die Abwärme in eine kühle Senke. Die kühle Seite eines Wärmekraftwerks wird nicht so heiß sein. Normalerweise unter 100 °C. Denken Sie daran, dass die Effizienz abnimmt, wenn die kühle Seite heißer wird. Am Ende müssen Sie also die Wärme bei der Temperatur der kühlen Seite abweisen; Sagen wir etwa 400 K, was Ihr Kühlmittel dann auf etwa 800 K begrenzt.
@AlexP Sicher. Entschuldigung. Ich war nachlässig, und es scheint, dass Sie in Ihrem ersten Kommentar daran gedacht haben. Aber vielleicht können sie etwas Effizienz für höhere Temperaturen opfern. Aber das würde die Menge an Abwärme pro Nutzleistung erhöhen ... Interessante Handelsfläche. Aber in Children of the Dead Earth, das diese Mechanik ziemlich rigoros simuliert, sieht man oft hell leuchtende Heizkörper
@b.Lorenz: Du hast mir etwas Cooles zu Google! Danke schön! (Und Eisen leuchtet ab etwa 460 °C oder 730 K rot. Ich habe zugelassen, dass das Kühlmittel 800 K hat, damit die Heizkörper tatsächlich glühen.)
@b.Lorenz Wie funktionieren Heizkörper in Children of a Dead Earth dann bei solchen Temperaturen? Die Kühlmittelaustrittstemperatur an einem meiner 100-MW-Reaktoren beträgt 2600 K (was Natrium ist), was die Kühlung erleichtert, da weniger Kühlermasse benötigt wird. Übersehe ich etwas Entscheidendes?
@zertofi Ich verstehe deine Frage nicht wirklich. AlexP scheint zu sagen, dass mehrere tausend K Kühlmittelaustrittstemperaturen unpraktisch sind, weil sie den Temperaturunterschied zwischen der heißen und der kalten Seite der Wärmekraftmaschine verringern und die Effizienz beeinträchtigen. Ich sagte, dass CoaDE meines Wissens sowohl die Carnot-Umwandlungseffizienz als auch die Boltzmann-Kühlung simuliert, und die Spieler fanden es immer noch nützlich, Hochtemperatur-Strahler zu bauen. An Ihren 2600 K Strahlern ist also nichts auszusetzen
@b.Lorenz Oh, ich verstehe. Haha, tut mir leid für meine Unwissenheit zu diesem Thema.
@all Ich werde die Antwort mit realistischen Höchsttemperaturen aktualisieren.

Spikes sind schreckliche Heizkörper.

Ich bin ratlos, wie diese Stacheln als Wärmestrahler dienen könnten. Spikes haben eine kleine Oberfläche. Sie sehen eher wie statische Entladungen aus ; Ich konnte sehen, wie akkumulierte statische Ladung für ein Raumfahrzeug problematisch sein könnte, aber ich glaube nicht, dass statische Entladungen ohne Atmosphäre funktionieren würden.

Wenn Sie Heizkörper benötigen und in einer Situation sind, in der sie zerrissen oder weggesprengt werden könnten, machen Sie sie entbehrlich. Für die Abstrahlung von Wärme gibt es zwei wichtige Dinge: Oberfläche (mehr = mehr Oberfläche zum Abstrahlen) und Reflexionsvermögen (wenn Sie einfallende Strahlen absorbieren, die einigen Ihrer ausgehenden Strahlen entgegenwirken). Metallfolie ist dafür eine gute Wahl und Goldfolie kann sehr dünn gemacht werden. Ich stelle mir die Strahlung als so etwas wie Mylar vor - Metallfolie mit Kunststoffrückseite. Es kann in einem langen Banner mit dem heißen Ende innen und dem kalten Ende außen ausgerollt werden. Wenn es gewalttätig wird, drehen Sie es zurück. Wenn Löcher hineingeschossen werden, funktioniert es immer noch. Wenn etwas abgerissen wird, na ja. Auf der Rolle ist noch viel übrig. Sie können die verlorenen Teile später holen und sie wieder zusammenkleben.

Ein Raumschiff mit einem langen goldenen Banner sieht vielleicht nicht so schlimm aus wie eines, das wie eine mittelalterliche Waffe aussieht. Aber Sie könnten Werbung auf dem Banner platzieren. Vielleicht Anzeigen für hart aussehende Produkte, wie Anwälte für Personenschäden.

Ich hätte nie gedacht, dass diese Spike-Strahler großartig sein würden, besonders wenn ich ihre Platzierung auf dem Käfig betrachtete (der Wirkungsgrad wäre wegen der gegenseitigen Reflexion so gering!). Was ich plante, war ein Zylinder mit 2 Metern Durchmesser und 20 Metern Länge . Die Abstrahlfläche hätte eine Fläche von ca. 188 m².
Zylindrische Radiatoren auf Raumfahrzeugen?
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