Транспирационное охлаждение

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]

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]

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]

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ТРАНСПИРАЦИОННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ [c.47]

Транспирационное охлаждение конструкций, на которые воздействуют внешние тепловые конвективные или лучистые потоки, является одним из эффективных методов тепловой защиты. Основная идея этого способа состоит в том, что продавливаемый сквозь пористую стенку охладитель за счет интенсивного внутрипорового теплообмена поглощает теплоту, передаваемую теплопроводностью по каркасу от внешней нагреваемой поверхности (рис. 3.1). Широкое распространение получили также охлаждаемые таким образом проницаемые элементы с объемным тепловьщелением, которое может иметь различную физическую природу (см. рис. 1.2). Температурное состояние указанных систем исследовано в значительном количестве работ. Однако полученные результаты трудно сопоставимы вследствие значительного их произвола при выборе Лу, а [c.47]

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]

Для расчета транспирационного охлаждения независимо от характера подачи охладителя на внутренней поверхности пористой стенки используют два условия [c.50]

Таким образом, при продольном течении охладителя наряду с условием (3.10) для расчета транспирационного охлаждения на внутренней поверхности пористой стенки следует использовать соотношение (3.12), в котором — эффективный коэффициент теплоотдачи от проницае- [c.51]

Полученные результаты наряду с самостоятельным значением позволяют определить условия организации экспериментального исследования транспирационного охлаждения проницаемого твэла, в результате которого по измеренному распределению температуры пористого материала на участке линейного повышения температур Г и / можно корректно определить величину Ау интенсивности внутрипорового теплообмена, а по характеру изменения Т на входном участке — оценить величину интенсивности конвективного теплообмена на входной поверхности. [c.59]

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]

Рассмотрим транспирационное охлаждение потоком диссоциирующего охладителя. Охладитель с начальной температурой /о из резервуара подается по нормали к пористой стенке. По мере его движения до подхода к ней, внутри матрищэ и после нее во внешнем пограничном слое охладитель разлагается по схеме [c.64]

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]

В ряде случаев транспирационного охлаждения коэффициенты теплопроводности проницаемого каркаса X и охладителя внутри его Xi являются соизмеримыми величинами, например, для сочетаний пористая керамика - жидкость, проницаемый металл - жидкометаллический охладитель. В этих случаях передача теплоты теплопроводностью через охладитель становится соизмеримой с передачей теплоты через пористую матрицу. [c.67]

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]

Анализ устойчивости с помощью гидродинамической и тепловой характеристик приводит к одинаковым результатам. Эти характеристики позволяют также найти способ организации устойчивой работы системы транспирационного охлаждения - он состоит в реализации подачи охладителя в режиме постоянного расхода. [c.73]

В некоторых случаях процессы тепломассопереноса имеют ярко выраженный двухмерный характер, например, при транспирационном охлаждении передней части затупленных тел, обтекаемых высокоскоростным потоком. Для них характерно резкое уменьшение расхода охладителя вдоль внешней поверхности в направлении от лобовой точки давления окружающей среды и плотности теплового потока. Особенно значительное воздействие оказывает изменение внешнего давления, что приводит к существенному усложнению поля течения охладителя. Рассмотрим это на примере полусферической пористой оболочки [29, 30]. Полусферическая стенка обтекается сверхзвуковым потоком газа, распределение давления в котором вдоль поверхности р задается модифи- [c.73]

Во всех двумерных задачах транспирационного охлаждения отчетливо проявляется общая закономерность — вблизи лобовой точки, где тепловой поток имеет максимальную величину, расход вдуваемого через внешнюю поверхность охладителя равен или близок к минимальному. [c.75]

Условия проведения экспериментов по испарительному жидкостному транспирационному охлаждению [17] (в качестве охладителя во всех работах использована вода) [c.128]

В экспериментальных исследованиях механизма и количественных характеристик теплообмена и гидравлического сопротивления, а также устойчивости рассматриваемого процесса до настоящего времени получены более чем скромные результаты. Неустойчивость процесса, проявившаяся в первых же экспериментах, на долгое время задержала его изучение. Опубликованные сведения об условиях проведения экспериментов по исследованию испарительного жидкостного транспирационного охлаждения приведены в табл. 6.1. Источники этих данных указаны в работе [ 17]. [c.130]

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]

Сравнивая (6.is), (6.16) и (3.14)...(3.18), видим, что температурное поле на жидкостном участке аналогично такому же для исследованной ранее системы однофазного транспирационного охлаждения стенки. Влияние параметров Л, В, St выше было проанализировано достаточно подробно. [c.136]

Аналитическое исследование апериодической устойчивости системы жидкостного испарительного транспирационного охлаждения выполнено на основе модели с бесконечно тонкой областью испарения и с локальным тепловым равновесием. В результате объединения решений тепло- [c.149]

ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ СО ВДУВОМ (ТРАНСПИРАЦИОННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ) [c.302]

Транспирационное охлаждение, пленочное охлаждение с подачей жидкости через пористую секцию или через щель (в частности, в виде пристеночной струи) — все эти способы основаны на тесно взаимосвязанных явлениях. Следует ожидать, что в конце концов будет создана единая обобщенная теория, охватывающая все эти случаи при произвольном изменении скорости вне пограничного слоя главного потока. [c.304]

Нашей основной целью в этих главах будет расчет скорости переноса вещества и энергии на поверхности раздела фаз. Излагаемая ниже теория позволит получить по крайней мере приближенные решения задач в таких разнообразных областях массопереноса, как психрометрия, сушка, испарительное охлаждение, транспирационное охлаждение, горение, контролируемое диффузией, абляция и многих других. [c.352]

В литературе имеется много приближенных аналитических исследований транспирационного охлаждения при высоких скоростях массопереноса. Эти решения являются также и решениями -уравнения. Типичным примером такого исследования является работа Рубезина [Л. 5]. В этой работе изучался теплообмен при продольном обтекании поверхности высокоскоростным потоком с учетом вязкой диссипации и зависимости физических свойств от температуры. Мы рассмотрим здесь только результаты, полученные при М = 0 и малых температурных напорах. [c.380]

Существует несколько решений точного уравнения энергии пограничного слоя при транспирационном охлаждении со вдувом различных газов в воздушный пограничный слой. В этих решениях учитывается не только совместный тепло- и массоперенос в пограничном слое, но и значительное изменение существенных для переноса свойств смеси (включая число Льюиса), Это особенно важно при высоких скоростях вдува, когда концентрация вдуваемого газа в 0-состоянии высока. (Заметим, что при В—>-0 число Стантона должно стремиться к значению, характерному для простого пограничного слоя воздуха с постоянными свойствами, независимо от того, одинаковы или различны составы вдуваемого газа и газа в основном потоке). Результаты расчетов для переменных физических свойств можно представить в той же форме и той же системе координат, что и для постоянных свойств (рис. 16-5 и 16-6). Однако Bh в этом случае не связана с сохраняемыми свойствами. [c.404]

Транспирационное охлаждение. Основано на использовании специальных пористых материалов и осуществляется путем пода-чи-продавливания охлаждающей жидкости 2 (рис. 12.6) на огневую поверхность сквозь пористую стенку 3 (1 — наружная стенка). Тепловой поток, отдаваемый газом в стенку, с одной стороны, расходуется частично или полностью на подогрев и испарение жидкости, проходящей через пористый материал 4, а с другой—сам тепловой поток здесь мал, так как возле стенки образуется пограничный слой 5, насыщенный парами жидкости с низкой температурой. Преимущества этого вида охлаждения состоят в большой эффективности при высокой экономичности. Первые удачные опыты по транспирационному охлаждению сопла ЖРД были проведены в свое время В. М. Кудрявцевым. Им же была разработана и методика расчета такого охлаждения. [c.59]

Рис. 12.6. Транспирационное охлаждение с помощью пористой стенки

Для системы транспирационного охлаждения, к которым предъявляются весьма высокие требования по равномерности распределения охладителя по защищаемой поверхности, разработаны принципиально новые проницаемые материалы типа Lamilloy [7.15 — 7.18]. Материалы Lami 1оу получают диффузионной сваркой двух или трех слоев предварительно обработанных листов из сплавов Хастеллой X, Хайнес 188 и других. Предварительная обработка листов включает фототравление для получения "вафель", в которых выступы располагают в шахматном порядке, и лазерную обработку для получения отверстий в промежутках между выступами. Лазерное сверление обеспечивает высокопроизводительное получение отверстий диаметром 0,5—0,7 мм [7.16]. [c.317]

Следует отметить, что интерес к транспирационному охлаждению был вызван не только тем, что с теоретической точки зрения с его помощью можно было в перспективе преодолеть наметившееся ограничение в форсировании тяги ЖРД, но также еще и тем, что в послевоенные годы благодаря успехам порошковой металлургии появилась возможность применять металлические пористые материалы вместо использовавшихся Годдардом керамических. [c.103]

Неизвестно, какими путями и темпами развивалось бы жидкостное ракетное двигателестроение в США, каково было бы дальнейшее положение дел с разработкой транспирационного охлаждения, если бы в конце 40-х гг. в этой стране не прекратились бы работы по баллистическим ракетам среднего и дальнего радиуса действия, а также по ракетам-носителям. [c.104]

Один из методов охлаждения был приведен в работе [236], в которой предлагалось применять транспирационное охлаждение с помощью жидкометаллического теплоносителя, "продавливаемого" через пористую вольфрамовую стенку. [c.115]

С точки зрения системы охлаждения эти двигатели почти не имели принципиальных отличий от своих предшественников все та же трубчатая конструкция камер, охлаждение регенеративное, водородом, в сочетании с внутренним холодным пристеночным слоем продуктов сгорания. Новым было лишь то, что на ЖРД J-2 периферийная часть форсуночной головки изготавливалась из пористой нержавеющей стали и впервые имела транспирационное охлаждение [263, с. 54]. [c.118]

Во-вторых, в 1963 г. на этой фирме был спроектирован двигатель RL 20р-3, рассчитанный на тягу 113 тс (110 кН) при давлении в камере 210 кгс/см (21,4 МПа) [100], на уменьшенных копиях которого, имевших тягу 5 тс (49 кН) и подвергавшихся в том же году огневым испытаниям [178, 224, 230], отрабатывалось транспирационное охлаждение [c.118]

Первый способ имел, по свидетельству американских специалистов, тот недостаток, что при его реализации уменьшалась (по сравнению, по-видимому, с транспирационным охлаждением) экономичность двигателя. [c.119]

На пути применения транспирационного охлаждения также стояли существенные трудности в промышленности не было материалов с переменной пористостью. Специалисты фирмы пытались выйти из этого затруднения путем искусственного создания (механическим путем) таких материалов. Они изготавливали камеры в виде набора прилегающих друг к другу тонких медных колец, на торцовых поверхностях которых в радиальном направлении были предусмотрены канавки ("поры") для прохода хладагента [229]. [c.119]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...