ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные обозначения из "Гидродинамика и теплообмен в пористых элементах конструкций летательных аппаратов " Пористыми теплообменными элементами (ПТЭ) будем называть устройства, в которых осуществляется теплообмен между проницаемой матрицей и потоком жидкости внутри нее. При этом теплоноситель претерпевает фазовые или химические превращения. Рассмотрим ПТЭ, в которых течение вызвано перепадом внешнего давления (а не капиллярным эффектом). [c.6] В изображенных на рис. 1.1...1.4 основных типах ПТЭ использованы пористые однородные материалы. Эффективность ПТЭ резко возрастает при применении многослойных проницаемых структур с различными свойствами и функциональным назначением отдельных слоев. [c.7] Способ транспирационного охлаждения конструкций, на которые воздействуют внешние тепловые конвективные или лучистые потоки высокой плотности (см. рис. 1.1), обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими видами тепловой защиты а - высокой эффективностью использования охладителя б - контролируемым уменьшением внешнего конвективного теплового потока, достигающего поверхности за счет регулируемого вдува охладителя в - снижением внешнего лучистого теплового потока при подаче газовзвеси с твердыми частицами, а также лучепоглощающего газа или паров г - отсутствием ограничений по величине внешнего теплового потока при сохранении неизменности формы и целостности охлаждаемой поверхности. В ряде случаев при чрезвычайно высоких тепловых потоках, сложной конструкции или малой доступности поверхности пористое охлаждение -единственно возможный метод тепловой защиты. [c.7] В качестве примера необходимо отметить конструкцию транспира-Щ10НН0 охлаждаемого окна сверхзвукового самолета (Пат. 3452553 США). Такое окно состоит из двух высококачественных прозрачных стекол, разделенных зазором. Внутреннее стекло — обычное сплошное прозрачное, внешнее - из оптического пористого материала. Холодный воздух подается в зазор между стеклами и охлаждает внешнее стекло, проходя сквозь мельчайшие отверстия в нем. [c.8] Транспиращюнное охлаждение широко используется при создании различных типов пористых лопаток турбин [ 10]. Предложено большое количество конструкщ1Й таких лопаток. В основном они состоят из стержня с продольными кананами для подачи охлаждающего воздуха и соединенной со стержнем проницаемой оболочки, имеющей профиль турбинной лопатки. В некоторых случаях охлаждающий воздух подается не по каналам, а сквозь промежуточный проницаемый слой между стержнем и оболочкой. Материал зтого слоя имеет проницаемость значительно выше аналогичной характеристики пористой оболочки. [c.8] Транспирационное охлаждение при вдуве лучепоглощающих газов или паров, а также газовзвеси с твердыми частицами может применяться для ослабления теплового излучения от нагретых элементов с целью инфракрасной защиты. [c.8] Особенно эффективны для теплозащиты пористые стенки из тугоплавких металлов при испарительном охлаждении их жидким металлом, а также при пропитке или подаче через них сублимирующего состава. Применение щелочных металлов позволяет сочетать теплозащиту с одновременным вводом паров в рабочий поток в МГД-генераторах в качестве ионизирующейся присадки. Электродуговой испаритель, 1рубчатый проницаемый электрод которого охлаждается испаряющимся металлом, может быть использован для получения мелкодисперсного металлического порошка. [c.9] Пористые металлокерамические элементы иногда применяют при подаче компонентов топлива в качестве инжектора для ЖРД. В конструкции, представленной на рис. 1.5, д, оба компонента топлива смешиваются, испаряются и начинают реагировать внутри проницаемого вольфрама. В пористом алюминиевом инжекторе (см. рис. 1.5,6) подача компонентов осуществляется раздельно. Такие устройства позволяют удачно решать проблему тепловой защиты головки ЖРД при одновременном испарении компонентов топлива, что приводит к значительному сокращению габаритов камеры сгорания. [c.9] Значительное улучшение качества распыления топлива в центробежных форсунках достигается за счет применения пористых вкладышей. В закрученный поток компонентов топлива по внутренней поверхности сопла перед распылением через проницаемый вкладыш подают дополнительный поток маловязкостной жидкости, в качестве которой можно использовать также и предварительно полученный перегретый пар топлива. Причем проницаемыми могут быть выполнены стенки как сужающейся, так и расширяющейся части сопла [ 2]. [c.9] Надежность работы системы транспирационного охлаждения существенно повышается при использовании многослойной стенки. Известно несколько вариантов многослойной пористой стенки. Расчеты показывают, что наиболее приемлемой является двухслойная стенка, внутренний конструкционный слой которой выполнен из теплопроводного материала малой пористости, высокой прочности, с большим гидравлическим сопротивлением. Наружный теплозащитный спой изготовлен из тугоплавкого материала низкой теплопроводности, высокой пористости и проницаемости. [c.10] Нагреваемая солнечным излучением проницаемая зачерненная металлическая стенка применяется в эффективных низкотемпературных солнечных воздухоподогревателях. При малой плотности используемых матриц (многослойных сеток, перфорированной фольги, металлического войлока или зачерненного стекловолокна) поглощение излучения в них приобретает объемный характер и такие устройства следует отнести к ПТЭ с объемным тепловыделением. [c.10] Основной областью применения пористых электронагревателей является подогрев газов и жидкостей. Существенное преимущество их перед обычными омическими при высокотемпературном нагреве газа заключается в том, что при одинаковой предельной температуре тугоплавкого материала температура газа в пористом нагревателе достигает наибольшей величины вследствие высокой интенсивности объемного теплообмена. [c.10] Пористый электронагреватель может быть использован также и в качестве парогенератора, например в пароструйных вакуумных насосах. В этом случае для повышения надежности его работы на внутренней входной поверхности размещается дополнительный, контролирующий поток жидкости слой из проницаемого электроизоляционного малотеплопроводного материала повышенного гидравлического сопротивления, который исключает закипание жидкости до входа в пористую структуру и обеспечивает равномерное распределение ее по поверхности (Пат. 3943330 США). [c.10] Другая область применения ПТЭ с объемным тепловыделением -это топливные элементы ядерных реакторов. На рис. 1.6 приведен поперечный разрез трубчатого твэла с пористым топливным материалом 2, который содержится между внутренней сетчатой оболочкой 1 из коррозионно-стойкой стали и внешней пористой керамической конструкционной оболочкой 3. Теплоноситель I подается по центральному каналу, а затем радиально проходит сквозь проницаемую массу, содержащую частицы ядерного топлива или сферические микротвэлы. [c.10] Использование жидкостного теплоносителя при противоточной схеме позволяет получить в объемном гелиоприемнике перегретый до высокой температуры пар. [c.11] Этот метод интенсификации позволяет с помощью однофазного теплоносителя охлаждать сплошную стенку, подверженную воздействию больших тепловых потоков, например при конвективном охлаждении стенок ракетных двигателей (рис. 1.8) и лопаток их газовых турбин, элементов электронной аппаратуры и других теплонапряженных устройств. В частности, за счет охлаждения прокачкой воды через проницаемую подложку может быть обеспечена надежная рабрта лазерного отражателя. Такой способ охлаждения в настоящее время - единственный при малых размерах или сложной форме нагреваемых конструкций, в которых невозможно выполнить каналы для охладителя. Например, лопатки малых газовых турбин ракетньи двигателей с максимальной толщиной профиля порядка 3 мм, хордой около 2 см и длиной от 1 до 2 см обычно не охлаждаются, что ограничивает температуру газового потока и эффективность таких турбин. Изготовление лопаток из волокнистого металла 1 (рис. 1.9), покрытого снаружи тонким герметичным слоем керамики 2 и охлаждаемого продольным потоком газа, вытекающего через вершину, позволяет снять эти ограничения. [c.12] Указанный метод интенсификации теплообмена послужил причиной того, что одновременно с развитием технологии изготовления пористых металлов было предложено большое количество конструкций разнообразных теплообменных устройств, в которых каналы или межтрубное пространство заполнены такими металлами. [c.12] Вернуться к основной статье