קירור רגנרטיבי
| יש להשלים ערך זה: בערך זה חסר תוכן מהותי. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה. | |
קירור רגנרטיבי (באנגלית: Regenerative cooling) הוא שיטה לקירור תא הבעירה של מנוע רקטי, בה הדלק הרקטי עצמו משמש כנוזל הקירור של תא הבעירה. בשיטה זו, על אף החום המוזרם אל הדלק, הוא אינו מתחיל לבעור מכיוון שאינו בא במגע עם המחמצן, הנמצא במיכל נפרד. במנוע מקורר רגנרטיבית, הדלק הרקטי מוזרם בצינורות הכרוכים סביב תא הבעירה או נחיר המנוע בשביל לקרר אותו. לאחר מכן, מוזן הדלק הרקטי המחומם לגנרטור גז מיוחד או ישירות לבעירה בתא הבעירה.
היסטוריה
עריכהקרל וילהלם זימנס (Carl Wilhelm Siemens) הציג את רעיון הקירור הרגנרטיבי ב-1857. הראשון שיישם את רעיון זה היה הפיזיקאי הבריטי ג'יימס דיור (James Dewar), שעשה זאת ב-10 במאי 1898 והפך לראשון שהצליח לנזל באופן סטטי מימן. רעיון הקירור הרגנרטיבי הוזכר ב-1903 במאמר של קונסטנטין ציולקובסקי. רוברט גודרד בנה את המנוע המקורר רגנרטיבית הראשון ב-1923, אך דחה את הסכימה כמורכבת מדי.
מנוע הטיל V-2, שהיה החזק ביותר בזמנו עם דחף של כ-25 טונות (245 kN), שנבנה בתכנונו של וולטר תיל (Walter Thiel), היה מקורר רגנרטיבית; צינורות דלק היו מלופפים מסביב לחלק החיצוני של תא הבעירה שלו. תכנון זה לא היה יעיל מכיוון שהוא חייב בעירת אלכוהול מדולל בלחץ תאי נמוך כדי להימנע מהתכת המנוע. מנוע הטיל רדסטון האמריקני נבנה בתכנון זהה.
זרימת חום וטמפרטורה
עריכהזרימת החום דרך דופן תא הבעירה גבוהה מאוד; שטף חום (אנ') של אינו נדיר.
כמות החום שיכולה לזרום לתוך נוזל הקירור תלויה בגורמים רבים, ביניהם הפרש הטמפרטורות בין תא הבעירה לנוזל הקירור, מקדם מעבר החום (אנ'), מוליכות החום של דופן תא הבעירה, מהירות הזרימה בערוצי נוזל הקירור ומהירות הזרימה של הגז בתא הבעירה או הנחיר.
שתי שכבות גבול נוצרות: אחת בגז החם שבתא הבעירה והאחרת בנוזל הקירור שבצינורות.
באופן טיפוסי חלק הארי של הבדל הטמפרטורה בין פנים תא הבעירה ונוזל הקירור מרוכז בשכבת הגבול הגזית מכיוון שבאופן כללי גזים הם מוליכי חום גרועים. שכבת הגבול הזו יכולה להיהרס במהרה אודות לאי-יציבויות בבעירה בתא. דופן התא יכולה להיהרס זמן קצר לאחר מכן.
שכבת הגבול שבערוצי זרימת נוזל הקירור יכולה להיהרס גם אם נוזל הקירור הוא בלחץ תת-קריטי והשכבה רותחת; הגז שנוצר ברתיחת שכבת הגבול יוצר שכבה מבודדת שפוגעת בזרימת החום מתא הבעירה לנוזל הקירור, והטמפרטורה של הדופן עולה מהר מאוד. מרבית המנועים המודרניים נעזרים במשאבות-טורבו שמזרימות את נוזל הקירור בלחץ על-קריטי, מה שפותר את הבעיה הזו.