遠航號的電力系統是個兩頭不討好的活兒,聚變堆芯的輸出功率極高,但是艦載裝置要求的卻是穩定、連續、精確控制的直流電。
要達到這樣的目標,這中間就必須架一座功率變換和能量排程的橋,而橋的主樑就是超導儲能環。
之所以非它不可,是因為遠航號在全工況下的功率波動實在太劇烈了。
聚變堆芯從啟動到滿負荷要經歷漫長的爬坡期,而磁場約束系統、主推進控制系統這類裝置,需要的瞬時功率常常能飆到平均值的七八倍。
如果直接用堆芯供電,一次瞬態缺口就能讓整個電網在幾個週期內崩潰。
而儲能環的作用正在於此,利用超導線圈在極低溫下的零電阻特性,先把電能以磁場的形式存進去,等到需要的時候再在毫秒級內釋放出來,響應速度和功率密度都遠遠甩開其他儲能方式。
不過,這個“極低溫”也並不是完美的。
儲能環必須浸泡在接近絕對零度的環境裡,而它緊鄰的卻是聚變堆芯上億度的高溫,兩種極端溫度被塞進同一艘飛船,中間的溫度梯度逼近兩百億倍,這可不是那麼好做到的。
僅僅為了馴服這個梯度,熱控方案沈殊清他們就已經推翻重來好幾版了,實驗室的廢紙簍裡現在還塞滿了作廢的冷卻迴路設計圖呢。
沈殊清走在前面推開了實驗室的門。
裡面很大,一排排工作臺從走廊這頭延伸到樓體另一端,牆上掛滿了熱管路和換熱器的原理圖,地上散著幾根拆開的低溫導管。
靠裡的一面牆上嵌著幾塊大螢幕,跳動著密密麻麻的熱流密度資料和溫度場雲圖。
幾個年輕研究員正圍在一個實驗臺前低聲討論什麼,看到肖宿進來,所有人齊刷刷站了起來。
“沈院士好,肖教授好。”幾個人同時開口,聲音裡帶著明顯的拘謹。
肖宿朝他們點了一下頭,走到了最近的一塊螢幕前。
螢幕上是一個超導儲能環的截面溫度場圖,靠近內環的位置有一小片區域被標成了深紅色,溫度曲線在那一小片地方鼓出一個尖峰。
儲能環的工況決定了它必須在兩個極端溫度之間維持一個精密的熱平衡,而其中最關鍵的就是熱載線,它負責把內環的多餘熱量匯出去,防止區域性溫升破壞超導條件。
而螢幕上這個溫度尖峰,意味著熱量在某一點上堆積了,導不出去。
問題是出在宏觀引數上,還是介面細節上?
肖宿立刻排除了前者。
如果整條熱載線的導熱係數整體不夠,雲圖上應該是全段均勻抬升,不會只集中在一個小點上。
那就只可能是介面問題了。
他把雲圖的時間軸往前拉了幾幀,看到尖峰的位置幾乎完全固定,沒有任何漂移。這說明不是流動或振動導致的動態擾動,而是一個結構性缺陷,也就是說某種材料引數在空間上是不連續的。
熱載線的材料本身是均質的,不連續的來源,只能是接頭。
沈殊清他們應該是在某個位置做了材料過渡或焊接連線,而那兩種材料之間的介面熱阻沒有被準確計入模型。
宏觀尺度上,介面熱阻通常小到可以忽略,但在儲能環這種微通道熱管理的尺度下,介面兩側的聲子輸運會出現明顯的尺度效應。
晶格振動在穿過兩種不同材料的介面時,會因聲子態密度的失配而產生額外的散射,等效熱導率要比本徵值低一個量級甚至更多。
這不是靠加粗熱載線或者增加冷卻通道就能解決的,必須從物理模型上把介面單獨拎出來處理。
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