§ 5.7. Давление торможения: оценки

При наличии ТПС импульс взрывной волны будет непосредственно действовать только на крышку и основание КВС, имеющие площадь .рц = 10 м^ .

Для защиты крышки необходимо использовать -10 т натрия, летящего со

скоростью -30 м/с. Этот натрий будет иметь удельную массу -10 кг/м и обладать начальным удельным импульсом г'о ~ О 3 атм-с, направленным к центру. Удельный импульс взрывной волны вблизи крышки, направленный от центра, г'вв атм-с.

После взаимодействия суммарный удельный импульс / = Iq + i ~ 0,3 атм с. Таким образом, натрий достигнет крышки с той же скоростью -30 м/с. Основание защищено слоем горячего натрия в 20...40 м, а также вынесенными вперед фонтанами высотой не менее />горм = Ю м с приведенной массой

[1 = 10 кг/м . Применив формулу 4.14, получим

о, 5 атм - для крышки, 3,6 атм -для основания,

то есть среднее давление на основание пренебрежимо мало.

На боковую поверхность корпуса КВС импульс ударной волны непосредственно действовать не будет. Но теплопоглощающая стенка (внутренний радиус 40 м, наружный - 60 м) этот импульс воспримет тем или иным способом, растянет или сожмет во времени и все равно передаст защитной стенке. Более того, при неправильном выборе зазоров между теплопоглощающими струями импульс может и увеличиться по сравнению с импульсом, передаваемым только аргоном. Механизм возможного увеличения уже неоднократно обсуждался: ТПС обладает большей удельной массой, чем аргон. Если зазоры между теплопоглощающими струями оказались бы полностью выбранными (например, за счет радиационного разогрева и разлета), то внутри ТПС оказалась бы вдвое большая плотность энергии, чем во всем котле, (тпс ~ 40 МДж/м'). Эта энергия с постоянной времени выравнивания Cgjp i = 25 мс по траектории 1 (см. рис. 5.12), огибая ТПС, уходила бы во внешний объем. Дополнительный удельный импульс составил бы

ТПС 40 ~ Рт выр 1

(5.9)

где Pgjj -давление внутри ТПС.

Согласно оценкам, приведенным в § 3.4, давление внутри ТПС оказалось бы -80 атм и дополнительный удельный импульс на радиусе 40 м составил бы AijYiQ 40 ~ 2 атм с.

Эффективное на радиусе корпуса

где а= 1...2 (1 соо' Импульс взры!

должен быть аналс импульс можно оце

Примем а = 1, Если длина Т(

13С =1500кг/м2,т

то есть даже в этом В случае отс] импульс, переноси жении ударной во. читься в 2 раза, eci волна передаст mi не более 10 атм.

В бочкообразк ния торможения, ч ки, за счет больше сятся к значениям, ния могут превосхс Приведенные учитывающими к( в ней защитной сп

епосредственно деист-цадь 5торц =10*м^.

т натрия, летящего со ссу -10 кг/м^ и обла-правленным к центру, равленный от центра,

i = iQ + г'дв = 0,3 атм с.

)ростью -30 м/с.

D м, а также вынесен-

: приведенной массой

ои волны непосредст-а (внутренний радиус шым способом, растя-тенке. Более того, при струями импульс мо-!мым только аргоном, кдался: ТПС обладает теплопоглощающими la счет радиационного 1ьшая плотность энер-

: постоянной времени

, огибая ТПС, уходила

ставил бы

(5.9)

ijTpH ТПС оказалось усе 40 м составил бы

Эффективное значение добавленного удельного импульса, действующее на радиусе корпуса (корп = 65 м).

ТПС 65

Ai-

ТПС 40

(5.10)

где а = 1.. .2 (1 соответствует цилиндрическому разлету, 2 - сферическому).

Импульс взрывной волны внутри ТПС, оцененный по (4.15), i ~ 1 атм с , должен быть аналогичным образом пересчитан на корпус, и полный удельный импульс можно оценить как

Ьфтах

-1 атм с

+ 2 атм с

(5.11)

Примем а = 1, то есть худший вариант. Тогда г'эфтах ~ 85 атм с. Если длина торможения ZQp~15 м, удельная масса защитной стенки Цзс = 1500 кг/м^, то согласно (4.16) максимальное давление торможения составит

эф max

1,85

торм max

тормЗС 15 1500

15 атм.

(5.12)

то есть даже в этом случае оно меньше квазистатического давления.

В случае отсутствия теплопоглощающей стенки эффективный удельный импульс, переносимый прямой ударной волной, составит 0,8 атм с. При отражении ударной волны от защитной стенки переданный импульс может увеличиться в 2 раза, если стенка гладкая. При наличии карманов отраженная ударная волна передаст меньший импульс. Поэтому давление торможения окажется не более 10 атм.

В бочкообразном КВСЮ (см. рис. 5.9) можно ожидать еще меньшего давления торможения, чем в цилиндрическом варианте без теплопоглощающей стенки, за счет большей длины торможения. Однако напомним, что все оценки относятся к значениям, средним по площади боковой поверхности. Локальные значения могут превосходить средние на порядок.

Приведенные выше оценки бьши подтверждены численными расчетами, учитывающими конкретную геометрию конической камеры и образованной в ней защитной стенки. Результаты этих расчетов будут изложены в гл. 6.

т

но, замедлится йен аргона срываться г откольными слоям щитной стенки. По ции. Вначале выясь

5.8.2. Конденсс

Импульс взры! ки, распределится (рис. 5.15, а). Без б ну, но масса откол( рее. К моменту см весь объем карман конденсация.

За счет мехаю двигаться, и подуп мется до 25...30 ат и давления тормож! внутри подушек, ъ денсации будет пр полнительно.

Рис. 5.15. С

а - образование otkoj подушек; в - движени( вание жидкой и napoo6i

1 - сплошной поток; 2 правление движения жи

Время существ ином виде пройдут i отколов около 20 0(

§ 5.8. Ускорение конденсации

5.8. L Суть опасений

В предыдущих параграфах мы установили, что через десятки миллисекунд после взрыва приблизительно 70 % энергии взрыва находится внутри КВС в виде энергии испаренного натрия. Аргон-натриевый пар при этом имеет квазистатические параметры (см. рис. 3.5, 3.6 и 5.14).

Оставшаяся часть энергии передана жидкому натрию непосредственно излучением и ударными волнами. Квазистатическое давление невелико: -20 атм

при удельном объеме 120 м^/т т. э. (КВС25) и 12... 15 атм при удельном объеме

180 м^/т т. э. (КВС 10). В этот момент одна часть аргон-натриевой смеси заключена в карманах защитной стенки, ставших замкнутыми подушками, а другая находится в объеме взрывной камеры. Будем считать, что суммарный объем карманов составляет половину объема камеры и плотность смеси везде одинакова.

Ранее уже отмечалось, что процесс теплопередачи от паров жидкому натрию не влияет на работоспособность КВС, но может потребовать изменений в цикле обращения теплоносителя. Объясняется это медленностью процесса

конденсации паров из большого объема взрывной камеры (10 м ) на сравнительно небольшую площадь жидкого натрия (10... 10 м^).

В неподвижной геометрии атомы паров натрия до соприкосновения с жидким натрием должны пройти сотни метров. Иными словами, эти атомы должны диффундировать между атомами аргона. Коэффициент диффузии для условий

КВС(Раг=0,6кг/м^ г = 10 К) составляет DIOm/c.

Диффундирующий поток паров, имеющих плотность р с градиентом плотности, на расстоянии 8 равным , будет равен и за время t перенесет на

о о

единицу площади массу Dt на каждом квадратном метре. Если потребовать,

о

чтобы масса рб с этого расстояния 8 попала на жидкую стенку, можно оценить значение длины выравнивания масс

8 = л/Б?. (5.13)

Это означает, что за 1 с эффективная диффузия произойдет всего с расстояния 8 = 1 см, а за 10 с - с расстояния 8 = 3 см. При 8 = 100 м для конденсации потребовался бы год (в неподвижном газе при постоянной температуре, то есть это предельная оценка).

Для увеличения D можно уменьшить плотность аргона, в котором должен диффундировать натрий, в этом случае уменьшится и импульс, переносимый взрывной волной, уменьшится воздействие на защитную стенку. Но будет ли от этого выигрыш? Дробление жидкого натрия будет происходить менее интенсив-