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如果把一艘核潛艇移動到外太空會怎麽樣?

2020-09-05知識

怎麽就沒人提一下 散熱問題

核潛艇進太空最主要的就是散熱問題,即使事先把反應爐停堆,即使太空裏太陽曬不到的地方「溫度」在零下一百多度,這玩意兒裏面很快也就會熱得你受不了。

這個是國際太空站,那些伸出來的薄薄的方片片,只有很少一部份是太陽能電池板,大部份其實是散熱帆板,裏面有流動的冷卻液,把空間站裏面的熱量匯出來透過「黑體放射線」的方式散發到空間中去。記住「黑體放射線」這個詞,這是重點,要考的。

宇宙空間裏沒有空氣,因此也就不存在「對流散熱」這種散熱方式,要散熱只有兩個途徑:蒸發散熱和黑體放射線。

蒸發散熱就是你出汗、狗子吐舌頭這種方式,靠液體蒸發帶走熱量,空間站裏不可能有那麽多的水給你蒸發,很顯然這種方式也沒法用。

這位是黃科長,它正在使用蒸發散熱的方式試圖熱(或者是熏)死我。

對流散熱就是吹電風扇,你電腦裏的CPU現在就在靠這個方式散熱。

如果你正在用手機刷這篇文章的話,恭喜你,你的手機 大部份 情況下就是靠的黑體放射線在散熱。

空間站那個位置沒有冷空氣拿來吹,也沒法蒸發什麽東西,因此只有靠黑體放射線來散熱。這裏需要註意的是有的朋友立馬想到了「空調」這個東西,空調以及半導體制冷,只是把熱量從這個地方搬到了那個地方,空間站作為一個整體,最終你還是要把這些搬來搬去的熱量散發掉。不信你去看你的空調室外機,是不是有個風扇在往外吹冷風或者熱風啊?在空間站也是一樣的,你給它安個「空調」,這些搬出來的熱量最終還不是要用黑體放射線給散出去。

我估算了一下,壓縮機/半導體制冷片的電損耗產生的廢熱,導致散熱效率整體是下降的,盡管把熱量集中起來提高穩定確實提升了一點點黑體放射線效率。

絕對溫度為T的黑體單位面積在單位時間內向空間各方向放射線出的總能量為:

其中

是個常數,叫黑體放射線常數,等於:

我這個人極其討厭公式,任何公式都是,從πR平方到各種飛天玄火的公式都討厭,相信你也一樣的討厭,反正你記住一點就是了: 黑體放射線的效率跟黑體本身的絕對溫度的四次方成正比

再簡單一點, 東西越熱,涼得越快

這個定律適用於一切黑體,也適用於各種 流量明星 ,比如你家哥哥犯罪嫌疑人某簽、某真。

很顯然一艘核潛艇根本不夠熱,其散熱效率太低了。但是它又不能太熱,否則人在裏面活不了。我們假設一艘核潛艇整個溫度都是對於人體十分舒適的25攝氏度,這玩意兒的 黑體放射線功率 是多少呢?

25℃,換算成絕對溫度是298.15K,取整300K好算,四次方是8.1E9,這玩意兒的黑體放射線功率大致上是459瓦/平方米。

現代核潛艇耐壓殼體的直徑大致上在10公尺左右級別。

艇長按照150公尺計算的話,這玩意兒的表面積大概在4712平方米的級別。

也就是說,這個「潛艇狀空間站」的黑體放射線功率上限是4712平方米乘以459瓦/平方米, 2163千瓦

整個核潛艇裏面所有所有的能夠發熱的東西總功率不得超過這個功率,2163千瓦,否則潛艇的溫度一定會上升。當然上升以後的熱平衡是另外一回事兒了,溫度上升肯定黑體放射線功率也會上去,具體的熱平衡我就不算了,總之,你得小心對付這玩意兒裏面能夠發熱的東西,否則很快裏面就會熱得不行不行的。

很遺憾, 核潛艇是個產熱大戶

「人類一切科技不過是燒開水」,核潛艇的核子反應爐目前主要也是靠燒開水。其實我不大贊同這句話,人類有些科技就不是燒開水,比如說「可控核融合發電」。實際上我們現在已經實作了可控核融合發電,太陽能電池板就是的,太陽的核融合可控不?電池板是不是在發電?

但是核潛艇確實需要燒開水。

目前人類的絕大多數核子反應爐都是透過可控核分裂產生的熱,燒開水來發電,核潛艇上面的反應爐就是這樣的,這個過程中對熱量轉換為別的能量效率還是比較低的,意味著一定會有大量的廢熱產生。這就是為什麽現在的核電廠都靠近大型水源的原因,需要這些水把廢熱帶走。

太空裏沒有這些水。

我們的核潛艇黑體放射線上限是2000多千瓦,而隨隨便便一個核子反應爐的功率(輸出功率)就有好幾萬千瓦,廢熱總比輸出功率多很多,這玩意兒的熱功率大概在10萬千瓦的級別。

那麽一艘核潛艇移動到外太空, 第一要務是停堆 ,或者幹脆把反應爐摳出來扔掉。

不然的話,它肯定很快就會變成夜空中最亮的星星,跟你家哥哥一樣。

核潛艇耐壓殼體的事情大家已經說得差不多了,保證不漏氣是沒有問題的,再說了, 沒有什麽漏氣是一管密封膠解決不了的,如果有,那就再來一管

區區一個大氣壓,小case。

氧氣也不成問題,核潛艇裏面本來就有足夠的氧化鈉還原劑制氧。

讓艇員存活超過一天的最重要的事情就是停堆,如果不馬上停堆,就核潛艇那點散熱功率,分分鐘就會把核潛艇裏面搞得跟地獄一樣熱,我都不知道是爐心先熔融,還是艇員先被熱死。

這篇無聊文章的意義在於告訴你:

1、真空是熱的不良導體,所以「真空不銹鋼保溫杯」這東西是很有道理的,它能夠泡枸杞解決你的 中年危機 就是靠的真空導熱不良這個原理。

2、空間站那麽多帆板不都是「太陽能帆板」,還有一些是散熱用的 黑體放射線 散熱帆板,目的是透過增大放射線面積,散出去更多熱量。

3、 越熱的東西涼得越快 ,宇宙中一切物體都遵守這個規則,從你家哥哥,到太空中的空間站。