Система пористого охлаждения

Система пористого охлаждения приобретает ряд качественно новых [c.8]

В системе пористого охлаждения газ-охладитель продувается через пористую стенку и выходит на поверхность, омываемую горячим потоком газа (рис. 12.6). Поперечный поток охладителя на поверхности соприкосновения горячего газа со стенкой изменяет [c.416]

Система пористого охлаждения рассматривается в главе XVI, ч. 11. [c.416]

В системе пористого охлаждения вместо газа-охладителя можно использовать жидкость. Тогда поверхность соприкосновения стенки с горячим газом будет покрыта тонкой пленкой жидкости. На непроницаемой поверхности пленку можно получить выдавливанием жидкости через щелевые каналы. [c.422]

Система пористого охлаждения [c.474]

Экспериментальные данные указывают на зависимость коэффициента теплопроводности при одинаковой пористости Я от размера и формы пор (рис. 4-7). Влияние этих двух параметров связано с появлением свободной конвекции в порах и обычно лежит в пределах 10—15%. Следует отметить, что при малых плотностях пористых систем свободная конвекция может стать основным механизмом переноса тепла в них, причем коэффициент эффективной теплопроводности Яе при уменьшении ps может даже увеличиваться. Однако в системах пористого охлаждения свободная конвекция не играет существенной роли из-за наличия интенсивного направленного потока фильтрующихся газов. [c.98]

Материалы, используемые в системах пористого охлаждения, изготовленные из порошков тугоплавких соединений со сферической формой частиц а) на основе карбидов переходных металлов б) на основе боридов переходных металлов в) на основе нитридов переходных металлов [c.84]

По расходу охладителя на каждый квадратный метр защищаемой поверхности пористое охлаждение более эффективно, чем конвективное (разомкнутая система), пленочное или заградительное охлаждение. Но его применение связано с изготовлением пористых стенок. Кроме того, при эксплуатации такой системы необходимо [c.478]

По расходу охладителя на единицу защищаемой поверхности пористое охлаждение более эффективно, чем рассмотренные ранее способы тепловой защиты. Но использование пористого охлаждения требует изготовления пористых стенок по довольно сложной технологии. Кроме того, при эксплуатации такой системы необходимо принимать меры для очистки охладителя, чтобы избежать засорения пор. В настоящее время пористое охлаждение применяется в ракетных двигателях на водородном топливе, авиационных двигателях, электродуговых подогревателях газа, МГД-установках, теплообменных аппаратах и т. д. [c.18]

Системы радиационного охлаждения ограничены по максимальному удельному тепловому потоку, но практически могут работать при произвольном суммарном теплоподводе Qe. Вся область справа и вверх от предельных кривых может быть реализована лишь при пористом и разрушающемся принципах тепловой зашиты. Что касается весовой эффективности теплозащитной системы, под которой мы понимаем величину, обратно пропорциональную ее массе, необходимой для поддержания нормальных условий работы под единичной площадью поверхности тела, то ее можно проиллюстрировать рис. 1-6,6. Для всех космических аппаратов, время спуска которых менее 500 с, разрушающиеся теплозащитные материалы обладают абсолютными преимуществами перед другими возможными методами. Так, масса тепловой защиты головной части баллистической ракеты дальнего действия из меди оказывается в 50 раз больше, чем из стеклопластика. Для очень продолжительных, а следовательно, и менее теплонапряженных спусков в атмосфере на первое место выходят последовательно массообменная, а затем радиационная система тепловой защиты. [c.26]

Механизм пористого охлаждения складывается в общем из двух процессов внутреннего теплообмена, во время которого газ отбирает тепло от пористой стенки при фильтрации к внешней поверхности, и внешнего теплообмена, когда охлаждающий газ, покинув стенку, диффундирует через пограничный слой, разбавляя и оттесняя от поверхности высокотемпературный газовый поток. Именно этот второй процесс обеспечивает более высокую эффективность пористого охлаждения по сравнению с системами накопления тепла. [c.91]

Благоприятные условия испарения капель в пограничном слое у поверхности лопаток показывают рациональность вывода жидкости непосредственно в пограничный слой и пленочного или пористого охлаждения лопаток компрессора. Системы пленочного (пористого) охлаждения являются более простыми в конструктивном отношении и эффективными, чем системы распыливания воды с помощью форсунок в ступенях компрессора. Кроме того, слой воды на поверхностях лопаток защищает их от эрозионного износа. [c.52]

Наибольший эффект можно получить, применяя пористое охлаждение, при котором воздух из внутренней полости лопатки проникает через ее пористые стенки и создает непрерывный теплоизолирующий слой воздуха между газом и поверхностью лопатки. При такой схеме охлаждения можно получить температуру материала лопатки, близкую к температуре охлаждающего воздуха. Однако сложность и дороговизна изготовления пористых материалов и лопаток из них, а также трудности обеспечения экономичной работы такой системы препятствуют ее применению в авиационных турбинах. Кроме того, достижение высокой надежности такой системы затруднительно вследствие засорения пор частицами пыли, содержащимися в воздухе. [c.57]

Одним из наиболее эффективных способов охлаждения высокотемпературных узлов и механизмов является испарительное охлаждение. Оно предполагает подачу жидкости в зону охлаждения под действием капиллярных сил. Доказано, что охлаждение испарением более эффективно, чем конвективное или пленочное охлаждение в равнозначных системах. Испарительное охлаждение в пористых теплообменниках является надежным средством теплового регулирования элементов топливных систем двигателей, предотвращающим перегрев топливных баков. При этом в качестве испаряющейся жидкости может использоваться как специальная жидкость, так и криогенное топливо. [c.226]

Продолжается интенсивное изучение теплозащиты и охлаждения стенки камеры отрабатываются экономичные системы внутреннего охлаждения появляются пористые стенки в разрабатываемых конструкциях двигателей. Все это позволяет обеспечить надежную теплозащиту и охлаждение современных двигателей с высокоинтенсивным рабочим процессом. Вместе с этим удается снизить потери удельного импульса, связанные с организацией теплозащиты стенки. [c.350]

На рис. 3.11 штриховыми кривыми 1-4 изображены для сравнения также значения St°, рассчитанные по формуле (3.23) для системы охлаждения пористой стенки с внешним нагревом. Из сравнения кривых 1—4 и Г—4 следует, что способ нагрева пористого элемента (q или q ) оказывает определенное влияние на величину St°, но различие между этими вариантами незначительно. [c.59]

Система охлаждения может быть устойчива и в рабочей точке d на уменьшающемся участке характеристики 1. Но для этого внешняя характеристика се должна уменьшаться (например, при конвективном обогреве пористой стенки высокотемпературным потоком газа с постоянной температурой, причем ее наклон в точке d по абсолютной величине должен быть больше наклона характеристики 1. В этом случае достигаются более высокие значения температуры внешней поверхности стенки. [c.72]

Переход на парожидкостный режим при докритических параметрах охладителя сопровождается повышением гидравлического сопротивления пористого материала вследствие увеличения объема паров охладителя. При этом пористая стенка начинает работать на устойчивом режиме парожидкостного охлаждения, но при увеличенном давлении охладителя. Температура же горячей стенки скачкообразно возрастает и в определенном диапазоне расходов охладителя остается постоянной (см. рис. 6.3). Постоянство температуры горячей стенки в некотором интервале расходов охладителя можно объяснить тем, что при истечении из пористой стенки парожидкостной смеси не вся жидкость участвует в ее охлаждении, часть жидкости в виде мельчайших капель по инерции проходит сквозь пограничный слой и уносится потоком горячего газа. По мере уменьшения расхода охладителя количество жидкости в парожидкостной смеси уменьшается, а граница раздела жидкость—пар перемещается внутрь стенки. Температура поверхности, соприкасающейся с горячим газом, остается постоянной, а температура стенки со стороны подачи охладителя возрастает и достигает температуры кипения. Этот момент характеризуется вторичным повышением гидравлического сопротивления пористого материала. Над пористой стенкой со стороны подачи охладителя образуется паровой слой. Система начинает работать на паровой режим охлаждения. При этом температура горячей поверхности стенки резко возрастает, что может привести к ее прогару. По мере повышения в газовом потоке давления область удельных расходов охладителя, где температура горячей стенки постоянна, сокращается и>за уменьшения скрытой теплоты парообразования (см. рис. 6.4). [c.154]

Рассмотрим далее вопрос об определении температуры горячей поверхности пористой стенки при эффузионном охлаждении. Оценим радиационно-конвективный теплообмен между горячим газом и стенкой коэффициентом а. Если пренебречь теплопроводностью стенки вдоль поверхности, то при стационарном режиме теплообмена подведенная к поверхности теплота расходуется только на увеличение энтальпии охладителя в системе. [c.475]

Пористые материалы находят большое применение в таких конструкциях, как высокотемпературные теплообменники, турбинные лопатки, реактивные сопла и т. д. На практике охлаждение пористых структур достигается нагнетанием жидкости или газа через капилляры твердого тела. Процесс теплообмена в таких пористых системах весьма сложен. При решении задачи предполагается, что вся передача теплоты внутри плоской пластины осуществляется за счет теплопроводности через твердую фазу и что температуры твердого тела и жидкости почти не отличаются друг от друга в любой точке пористой структуры. Эти предположения существенно упрощают решение задачи [Л. 205]. [c.62]

Для расчета пористой системы охлаждения необходимо знать коэффициент теплопроводности пористой матрицы, расход газа и коэффициент внутреннего теплообмена av- [c.95]

Если ввести понятие об эффективности пористой системы охлаждения [c.100]

Итак, результаты сравнения показывают, что пористое или в общем случае массообменное охлаждение тем эффективнее, по сравнению с трубчатым, чем выше отношение перепада энтальпий в пограничном слое к энтальпийному напору внутри системы охлаждения, а также чем больше коэффициент вдува у. При скорости полета около 8 км/с, когда энтальпия заторможенного газового потока превышает 40000 кДж/кг, приведенные выше расходы См и Gk отличаются на порядок. [c.116]

На фиг. 1 представлена схема модели пористой плоской пластины. Пористый вкладыш имеет длину 488,5 мм, ширину 177,8 мм и толщину 10,7 ММ-, расстояние от вкладыша до передней кромки модели составляет 73 мм. Верхняя наружная пластина охватывает пористый вкладыш и удерживает его на месте, а также обеспечивает остроту передней кромки и создает сплошную гладкую поверхность вокруг вкладыша. Модель перекрывает рабочую часть аэродинамической трубы. Воздух для вдува, масло системы охлаждения, а также все импульсные трубки системы измерения давления и термоэлектроды вводились в модель через боковые стенки рабочей части трубы. [c.398]

В современной технике наряду с обычным (внешним) охлаждением применяются внутренние системы тепловой защиты стенки, основанные на подаче вторичного газа между защищаемой поверхностью и основным потоком. Исследованию этих систем в последние годы уделяется большое внимание. В работах [1, 2, 51 предложен общий подход к решению задачи о температуре адиабатной плоской поверхности при турбулентном пограничном слое за участком теплообмена на стенке, пористым пояском и щелью. При этом температура невозмущенного потока, температура стенки на участке теплообмена, пористого пояска и температура газа в щели предполагаются постоянными и заданными. [c.89]

В заключение можно отметить, что недостаточная жаропрочность материала пористых оболочек не дает возможности полностью реализовать эффект от повышения температуры. При длительной эксплуатации двигателя происходит засорение пор оболочки твердыми частицами пыли и продуктов сгорания, что также ухудшает надежность работы системы охлаждения. Наконец, шероховатая поверхность лопаток вызывает некоторое снижение КПД тур-бины= . [c.193]

Система пористого охлаждения приобретает ряд качественно новых свойств при использовании жидкостного охладителя, испаряющегося внутри проницаемой структуры существенное повышение эффективносг ти охладителя за счет теплоты парообразования высокая интенсивность теплообмена при испарении внутри пористого материала малый удельный объем жидкостного охладителя возможность достижения низких, в том числе криогенных, температур. [c.127]

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]

Приведенные выше результаты имеют только иллюстративный характер. Это вызвано отсутствием точных сведений о скоростях химических реакций в проницаемой структуре, в частности, о каталитической активности матрицы для исследуемых форсированных режимов. Известные экспериментальные данные по скоростям реакций в различных катализаторах, полученные для температур и массовых расходов, значительно ниже тех, которые требуются в системе транспирационного охлаждения. Время прохождения охладителя сквозь матрицу (время контакта) также очень мало. Поэтому для разработки пористых элементов с химически реагирующим теплоносителем требуется значительное количество дополнительной информации. [c.66]

Устойчивость системы транспирационного охлаждения определяется типом пересечения гидродинамической характеристики пористой стенки (кривые 1-3) и прокачивающей характеристики. При постоянном перепаде давлений на стенке (прокачивающая характеристика — гортсзон-тальная прямая d(ро Pi)ldGgxt 0) система транспирационного охлаждения согласно условию (3.68) устойчива, если рабочая точка находится на правой, возрастающей ветви характеристик 1-3 (см. рис. 3.17). Уменьшение перепада давлений ниже предельного значения, соответствующего, например, точке а, приводит к разрушению пористой стенки. [c.71]

Тепловая характеристка. Важное значение при разработке системы транспирационного охлаждения имеет возможность расчета предельных значений тепловой нагрузки и температуры внешней поверхности при постоянном перепаде давлений на пористой стенке. Эту задачу можно решить с помощью тепловой характеристики системы, устанавливающей зависимость плотности воспринимаемого охладителем теплового потока от приращения его температуры 7 - То (или от температуры внешней поверхности) при постоянном перепаде давлений. [c.71]

Указанная система уравнений решалась на ЭВМ методом Рун-ге—Кутта для случая равномерного вдува воздуха в нагретый воздушный поток, закрученный на входе. Результаты расчета одного из вариантов представлены на рис. 9.3 (линии — расчет, точки — эксперимент). Сравнение опьиных и расчетных данных позволяет заключить, что изложенный метод расчета позволяет получать надежные результаты. Не анализируя подробно структуру потока в условиях вдува (см. гл. 3), отметим следующее. Коэффициент трения при малых значениях Ке ,/ уменьшается по длине канала, что обусловлено снижением поверхностного трения вследствие вдува. При возрастании Кец,/Ёё згвеличение расхода газа в канале вследствие подвода дополнительной массы приводит к падению темпа уменынения с /2 и даже к его возрастанию в конце канала при Ке ,/ Ке = 0,01. Анализ интенсивности теплообмена подтверждает вывод о том, что пористое охлаждение позволяет существенно снизить тепловой поток в стенку канала в условиях закрутки потока. Зная изменение Ке , Ке и, Ф по длине канала, далее нетрудно (аналогично течению [c.179]

Расчет пористого охлаждения методом вдува в пограничный слой через пористую стенку наиболее детально был сделан Эккертом [Л. 7]. Он основан на решении системы дифференциальных уравнений тепло-и массопереноса для ламинарного пограничного слоя при обтекании плоской пористой пластины газом. При расчете термодиффузией (эффект Соре) и диффузионной теплопроводностью (эффект Дюфо) пренебрегали как величинами малыми. [c.22]

Материалы, используемые в системах с пористым охлаждением или теплохимической защитой из сфероидизиро-ванных порошков тугоплавких соединений, полученные прессованием в закрытой матрице [c.90]

На рис. 18.28 приведены результаты приближенных оценок максимальной безразмерной температуры поверхности лопатки в зависимости от относительного расхода охлаждающего воздуха (m. — расход охлаждающего воздуха /п, — расход газа через турбину) для конвективного, струйного, пленочного (заградительного) и пористого охлаждений. Из приведенной зависимости следует, что наиболее эффективное охлаждение с меньшими затратами охлаждающего воздуха реализуется при пористом охлаждении. Струйная система охлаж,декия зани.мает промежуточное положение между KOHBeKTHBiiuiivi и заградительным. [c.466]

Подробно исследованы теплообмен и гидравлическое сопротивление в теплообменных устройствах с пористыми элементами однофазное транспирационное газовое охлаждение пористой стенки в системах теплозащиты интенсификация теплообмена в каналах при размещении в них проницаемых вставок испарительное жидкостное охлаждение пористой стенки с внешним и объемным теплоподводом. [c.4]

Наиболее часто щ я расчета температурного состояния различных систем транспирационного охлаждения используется однотемпературная модель (модель локального теплового равновесия), в которой температуры каркаса Т и охладителя f в любой точке принимаются равными. Эта модель достаточно справедлива в случае умеренного нагрева тонкопористых структур с развитой внутрипоровой поверхностью. Она позволяет выявить наиболее существенные особенности процесса охлаждения пористой стенки. В соответствии с этой моделью температурное состояние системы (в наиболее простом варианте плоской стенки с постоянными физическими свойствами материала и охладителя) описывается следующим уравнением [c.48]

Уравнение переноса излучения (3.40) связано с системой (3.38) тем, что интенсивность собственного излучения матрицыГ(Z)] зависит от ее температуры. В настоящее время разработаны различные приближенные методы решения уравнения переноса излучения (3.40). С их использованием получены численные решения совместной задачи (3.38)- (3.40) переноса энергии излучением, конвекцией и теплопроврдностью в проницаемом покрытии. Полученные результаты позволяют оценить диапазон изменения оптических характеристик матрицы, обеспечивающих ее наибольшую эффективность в том или ином конкретном случае. Так, например, выяснено, что наилучший режим работы пористого слоя как коллектора солнечной энергии достигается в том случае, когда матрица выполнена из материала, прозрачного и нерассеивающего в солнечном спектре, но непрозрачного и рассеивающего в инфракрасном диапазоне. Для теплового экрана с транспирационным охлаждением желательно обратное. [c.61]

Наиболее нежелательным и опасным явлением в системе испарительного транспирационного охлаждения является неустойчивость процесса, которая не позволяет стабилизировать положение области испарения внутри проницаемой матрицы. Небольшие колебания параметров приводят к неконтролируемому продвижению фронта зоны испарения с внешней поверхности пористой стенки на внутреннюю, сопровождаемому сме- [c.131]

Обширная и крайне актуальная сфера применения капиллярно-пористых материалов открывается в связи с решением вопросов, возникающих при освоении космического пространства. При этом наибЬлее существенными являются проблемы, связанные с поддержанием оптимальных температурных условий функционирования различных устройств и элементов космического корабля. По существу, решение этих вопросов заключается в разработке способов отвода тепловой энергии, генерируемой внутри корабля, и сброса ее в окружающее пространство. Если в обычных земных условиях способы охлаждения путем вдува газов и испарения жидкости в известной мере равноценны, то в специфических условиях космоса (гл бокий вакуум, состояние невесомости, жесткие требования к системам терморегулирования) испарительное охлаждение оказывается не только единст- венным, но и оптимальным вариантом. При космических условиях наиболее полно раскрываются достоинства испарительного охлаждения высокая эффективность охлаждения, связанная с интенсивным испарением в вакууме высокая экономичность благодаря сильному эндотермическому эффекту фазового перехода нетребовательность к предварительной температурной подготовке охладителя отсутствие необходимости в специальных системах подачи охладителя, так как в условиях невесомости капиллярный потенциал подвода жидкого охладителя к охлаждаемой поверхности теоретически неограничен. Следует отметить универсальность испарительного охлаждения оно применимо как для внешней тепловой защиты и для сброса внутренней тепловой энергии в отдельности, так и для комплексного охлаждения. Кроме того, испарительное охлаждение легко поддается автоматическому управлению путем дозирования подачи охладителя. [c.375]

Наибольшее применение нашли сплавы системы Mg - А1 - Zn, особенно сплавы с повышенным содержанием алюминия. Для сплавов этой системы характерен более широкий, чем у алюминиевых сплавов, интервал кристаллизации. В результате они обладают пониженной жидкотеку-честью, усадочной пористостью и низкой герметичностью, склонностью к образованию горячих трещин. С увеличением содержания алюминия литейные свойства сначала ухудшаются, поскольку увеличивается интервал кристаллизации, а затем при появлении неравновесной эвтектики — улучшаются повышаются прочностные характеристики. Однако из-за большого количества интерметаллидных фаз, в том числе и эвтектических (рис. 13.14), сплавы с большим содержанием алюминия обладают пониженной пластичностью. Наилучшее сочетание литейных и механических свойств имеют сплавы, содержащие 7,5 - 10 % Ali(MJI5, МЛб). Небольшие добавки цинка способствуют улучшению технологических свойств. Гомогенизация цри 420 °С (12 - 24 ч) и закалка с этой температуры способствуют повышению прочности и пластичности. Вследствие малой скорости диффузии алюминия в магнии сплавы закаливаются при охлаждении на воздухе. Старение при 170 — 190 °С дополнительно повышает временное сопротивление и особенно предел текучести сплавов. [c.381]

Процесс охлаждения металла можно разделить на два периода. Первый — охлаждение жидкого металла при движении его в литниковой системе и оформляющей полости. На этом этапе важно правильно выбрать продолжительность заполнения, чтобы предупредить образование неслитин, пористости и оксидных плен. Второй период — затвердевание металла после заполнения пресс-формы. На этом этапе необходимо создать условия направленного затвердевания металла отливки. Соблюдение принципов направленного затвердевания во многом зависит от технологичности конструкции отливки, температуры заливаемого сплава и температуры пресс-формы. [c.17]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...