Y Gorfod Pwysau mewn Awyrofod
Mae systemau prosesu cemegol awyrennau a llongau gofod-trin wyneb ar gyfer amddiffyn rhag cyrydiad, toddiannau glanhau ar gyfer cydrannau injan, hylifau rheoli thermol-yn gosod cyfyngiad nas canfyddir mewn gweithfeydd cemegol ar y ddaear: mae pob cilogram o fàs offer yn lleihau cynhwysedd llwyth tâl yn uniongyrchol. Ar awyren fasnachol, mae cilogram sy'n cael ei arbed yn cyfateb i tua $500 mewn arbedion tanwydd dros oes yr awyren. Ar long ofod, mae'r gost lansio fesul cilogram i orbit isel y Ddaear yn amrywio o $2,500 i $5,000.
Mae cyfnewidwyr gwres ymhlith y cydrannau trymach mewn systemau prosesu cemegol awyrofod. Mae eu màs yn cael ei bennu gan ddwysedd y deunydd, yr arwynebedd arwyneb gofynnol ar gyfer y ddyletswydd gwres, a'r gefnogaeth strwythurol sydd ei angen. Titaniwm-aloi palladiwm (Ti-0.2Pd, Gradd 7) yw'r dewis metelaidd safonol ar gyfer cyfnewidwyr gwres awyrofod sy'n gwrthsefyll cyrydiad. Mae'n cyfuno ymwrthedd cyrydiad titaniwm â'r goddefedd gwell o baladiwm.
Mae PTFE yn cynnig gostyngiad pwysau radical. Dwysedd y deunydd yw 2,200 kg/m³ yn erbyn 4,510 kg/m³ ar gyfer titaniwm -palladium-llai na hanner. Ar y cyd â dileu penawdau metelaidd trwm a strwythurau cymorth, mae pwysau gosod cyfnewidydd gwres PTFE fel arfer yn 15-25% o'r swm cyfatebol titaniwm-palladiwm.
Y Cymhariaeth Torri Pwysau
Mae cyfnewidydd gwres 30 kW ar gyfer prosesu cemegol awyrofod yn dangos y gymhariaeth pwysau. Mae'r uned palladiwm titaniwm yn gynllun cragen gryno a thiwb gyda 1.0 m² o arwyneb trosglwyddo gwres. Mae angen 3.5 m² o arwyneb ar yr uned PTFE i gyflawni'r un ddyletswydd ar LMTD cyfatebol, oherwydd y dargludedd thermol is.
Er bod angen 3.5 gwaith yr arwynebedd, mae'r uned PTFE yn pwyso llawer llai. Mae'r tiwbiau PTFE yn pwyso 1.8 kg (3.5 m² × wal 0.8 mm × 2,200 kg/m³). Mae'r penawdau PTFE a'r ffrâm cymorth yn ychwanegu 3.5 kg. Cyfanswm pwysau sych PTFE: 5.3 kg.
Mae'r tiwbiau palladiwm titaniwm-yn pwyso 4.5 kg (wal 1.0 m² × 1.0 mm × 4,510 kg/m³). Mae'r gragen titaniwm, taflenni tiwb, a ffrâm cynnal yn ychwanegu 22 kg. Cyfanswm pwysau sych titaniwm-paladium: 26.5 kg.
| Paramedr Pwysau | Titaniwm-Palladium (Gradd 7) | PTFE |
|---|---|---|
| Arwynebedd ar gyfer dyletswydd 30 kW (m²) | 1.0 | 3.5 |
| Dwysedd deunydd tiwb (kg / m³) | 4,510 | 2,200 |
| Trwch wal tiwb (mm) | 1.0 | 1.0 |
| Màs tiwb (kg) | 4.5 | 1.8 |
| Penawdau/màs cragen (kg) | 15 | 2.0 |
| Màs ffrâm cynnal (kg) | 7 | 1.5 |
| Cyfanswm pwysau sych (kg) | 26.5 | 5.3 |
| Cymhareb pwysau{0}i-dyletswydd (kg/kW) | 0.88 | 0.18 |
| Pwysau gosod (gan gynnwys cysylltiadau pibellau, kg) | 32 | 8 |
| Cosb llwyth tâl ar gost lansio $3,000/kg | $96,000 | $24,000 |
Y Rhaeadr Pwysau Strwythurol a Gosod
Mae mantais pwysau PTFE yn ymestyn y tu hwnt i'r cyfnewidydd gwres ei hun. Mae'r uned palladiwm titaniwm, sy'n pwyso 26.5 kg sych, yn gofyn am bwyntiau ymlyniad strwythurol sydd wedi'u graddio ar gyfer y pwysau statig ynghyd â llwythi deinamig oherwydd dirgryniadau a symudiadau. Rhaid atgyfnerthu strwythur yr awyren neu'r llong ofod yn lleol i gynnal y màs crynodedig hwn. Mae'r atgyfnerthiad strwythurol yn ychwanegu màs sy'n rhaeadru trwy ddyluniad y cerbyd.
Gall yr uned PTFE 5.3 kg gael ei chynnal gan strwythur y tanc ei hun neu gan ychydig iawn o fracedi. Nid oes angen atgyfnerthu strwythurol lleol ar y llwyth ysgafn dosbarthedig. Mae'r pwysau gosod-sy'n cynnwys cysylltiadau pibellau, insiwleiddio, ac atodiadau adeileddol-tua un{5}}chwarter o'r pwysau gosod palladium titaniwm-.
Cyfanswm y gosb llwyth tâl ar gyfer gosod PTFE yw tua $24,000 ar gostau lansio masnachol, o gymharu â $96,000 ar gyfer y system palladiwm titaniwm. Mae'r arbediad llwyth tâl o $72,000 fesul cyfnewidydd gwres yn ffactor arwyddocaol wrth ddylunio system awyrofod.
Y Synergedd Cyrydiad a Chynnal a Chadw
Mae mantais pwysau PTFE yn cael ei ategu gan ei imiwnedd cyrydiad. Er ei fod yn hynod wrthiannol, nid yw titaniwm yn imiwn i bob cemegyn awyrofod. Gall rhai hylifau hydrolig fflworinedig, toddiannau glanhau asidig, a thoddyddion cymysg ymosod ar y ffilm oddefol. Mae pob digwyddiad cyrydiad sy'n gofyn am gyfnewidydd gwres newydd yn mynd nid yn unig i gost yr offer ond hefyd y gosb llwyth tâl o lansio un arall.
Mae ansefydlogrwydd cemegol cyffredinol PTFE yn dileu ailosodiadau sy'n cael eu gyrru gan gyrydiad. Mae'r cyfnewidydd gwres a osodwyd wrth gomisiynu cerbydau yn parhau mewn gwasanaeth am oes y cerbyd. Mae'r gosb llwyth tâl ar gyfer cyfnewidwyr gwres sbâr-sy'n cael eu storio ar y cerbyd neu a lansiwyd fel cyfnewidwyr-yn cael ei dileu.
Crynodeb
Mae cyfnewidwyr gwres PTFE yn cynnig cymhareb pwysau-i-perfformiad tua 4.9 gwaith yn fwy ffafriol na thitaniwm-aloi palladiwm ar gyfer prosesu cemegol awyrofod-0.18 kg/kW yn erbyn pwysau gosodedig 0.88 kg/kW. Cyflawnir y gostyngiad pwysau er gwaethaf dargludedd thermol is PTFE yn gofyn am fwy o arwynebedd, oherwydd bod dwysedd isel y fflworopolymer a dileu strwythurau metelaidd trwm yn fwy na gwneud iawn. Mae'r capasiti llwyth tâl a arbedwyd{-tua $72,000 fesul cyfnewidydd gwres ar gostau lansio masnachol - yn ffactor cymhellol wrth ddylunio system awyrofod.
Mae cefnogaeth beirianyddol ar gyfer dyluniad cyfnewidydd gwres PTFE ysgafn mewn cymwysiadau awyrofod ar gael wrth gyflwyno dyletswydd gwres, tymheredd gweithredu a phwysau, cemeg hylif proses, a chyfyngiadau cyllideb torfol.
