Эффективность пористого охлаждения

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]

Рассмотрим процессы, определяющие эффективность пористого охлаждения. Охладитель поступает к нижней поверхности пористой стенки с температурой Го и расходом Gg (рис. 4-2). Навстречу ему от внешнего потока по твердым перемычкам, образующим стенки пор, распро-94 страняется тепло с помощью молекулярной теплопроводности. После [c.94]

Эффективностью пористого охлаждения называют величину [c.392]

Рис. 11-39. Эффективность пористого охлаждения при вдуве различных газов в турбулентный пограничный слой воздуха на плоской пластине.

В турбулентном пограничном слое (Не = 10 ) без учета лучистого теплообмена при относительной температуре стенки, равной 0,4, расход охлаждающего воздуха при конвективном охлаждении в 1,5 раза больше, чем при пленочном. С увеличением числа Ре внешнего потока различие в расходах охладителя при конвективном и пористом охлаждениях несколько уменьшается. Пленочное охлаждение может быть эффективно применено для местного охлаждения. Эффективность пленочного охлаждения приближается к эффективности пористого охлаждения с увеличением числа щелей. [c.262]

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]

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]

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

Однако при больших расходах или более редкой перфорации эффективность перфорированного охлаждения оказывается ниже, чем пористого. [c.115]

Способ пористого охлаждения в настоящее время широко применяется в новой технике. Одно из главных преимуществ этого метода заключается в том. что можно достигнуть эффективного отвода теплоты при малых градиентах температуры внутри тела. [c.121]

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]

Пленочное (пористое) охлаждение лопаток аналогично охлаждению лопаток газовых турбин и основано на охлаждении пограничного слоя вокруг лопатки введением в него жидкости. Бода выводится на поверхность лопатки через щели, расположенные по касательной к поверхности, или через поры материала лопаток. В первом случае гидродинамическая неустойчивость пленки жидкости ведет к образованию крупных капель, что приводит к снижению эффективности их испарения и росту потерь энергии. Увеличение количества щелей уменьшает толщину пленки и размеры капель, но при этом растет расход воды, а следовательно, снижается термический к.п.д. ПГТУ. Лучшие результаты могут быть получены при выводе воды на поверхность лопаток через поры материалов. Пористая структура стенок лопаток получается [c.52]

В [Л. 180] проанализировано пористое охлаждение инородными газами в предположении, что вдуваемый газ оказывает влияние только на ламинарный подслой и что число Прандтля в ламинарном подслое близко к единице. Получено следующее уравнение для эффективности охлаждения [c.394]

Замечания 1. Полученная величина В оказалась меньшей, чем для газовых охладителей в предыдущие примерах. Значит, вода является хорошим агентом для испарительного пористого охлаждения. Ее высокая эффективность обусловлена большой скрытой теплотой парообразования. [c.268]

На рис. 11.8 приведено сравнение эффективности различных схем воздушного охлаждения лопаток авиационных газовых турбин. Видно, что наибольшую эффективность обеспечивает пористое охлаждение, наименьшую — конвективное. [c.195]

Дальнейшую интенсификацию теплообмена и увеличение глубины охлаждения можно обеспечить, используя проникающее (пористое) охлаждение. В конструкции лопаток предусматривают пористую профильную оболочку с внутренним несущим стержнем (рис. 4.39 и 4.32, а). Охлаждающий воздух поступает в зазоры между несущей конструкцией и пористой оболочкой и выдувается через пористую стенку в пограничный слой, образующийся на наружной поверхности. Такое рещение улучшает эффективность охлаждения, но связано с более высокими требованиями к чистоте охлаждающего воздуха. Повышенная шероховатость поверхности лопаток ухудшает ее аэродинамические характеристики. [c.115]

Так, например, одним из эффективных способов ограждения тела от воздействия высокотемпературного газа является пористое охлаждение. В этом случае охлаждающая среда (газ, испаряемая жидкость) вводятся в пограничный слой основного потока через пористую стенку и, диффундируя по направлению к ядру течения, существенно меняет интенсивность теплообмена. [c.555]

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]

Схемой е на рис. 13.9 представлено пленочное охлаждение. В лопатке имеются продольные щели. Выходящий из щелей воздух образует на поверхности лопатки относительно холодную пленку, защищающую ее от прямого воздействия горячего газа. Более равномерную пленку можно получить, если выполнить лопатку из пористого материала (пористое охлаждение). В этом случае лопатка выполняется полой, как в схеме а, но стенки лопатки пористые. Подаваемый внутрь лопатки воздух (или вода) проходит через пористые стенки и на внешней поверхности лопатки образует защитную пленку, что обеспечивает эффективное охлаждение лопаток. [c.405]

Для рабочих лопаток с внутренним конвективным охлаждением по схемам б—д эффективность охлаждения в выполненных конструкциях находится в пределах 60—130 К на 1 % расхода охлаждающего воздуха. При пористом охлаждении рабочих [c.405]

Пористое охлаждение предполагает использование пористых (проницаемых) материалов. Пористые материалы содержат поры, т. е. пустотелые промежутки, образующие капиллярные каналы. Охлаждение пористых материалов достигается посредством прокачки жидкости или газа через его капилляры. В этом случае достигается высокая эффективность процесса теплообмена вследствие существенного увеличения поверхности контакта пористого скелета с охладителем, пористый материал по существу пропитан охладителем. Поэтому применение пористых материалов в тепловой защите позволяет существенно повысить ее эффективность. Заполнение охлаждающего канала (рис. 18.7) пористым материалом позволяет существенно интенсифицировать процесс теплообмена от защищаемой поверхности к охладителю. [c.432]

На рассматриваемом этапе проводились и другие исследования прикладного характера. Например, изучалось влияние конструкции форсуночной головки, а также процесса неустойчивого горения на теплоотдачу в ЖРД, анализировалось влияние на теплоотдачу перерасширения газов в сопле [122], определялось влияние расхода хладагента на эффективность пленочного охлаждения и на изменение при этом удельной тяги двигателей [164], проводилось сравнение пористого и пленочного охлаждения [92] и т.д. Аналогичные работы проводились, разумеется, и у нас в стране, но их уровень несколько превосходил уровень американских исследований. В правомочности такого утверждения нетрудно убедиться, сравнивая характеристики советских и американских ЖРД. В следующем разделе будет показано, в частности, что в первое послевоенное десятилетие двигатели, созданные в СССР, превосходили американские по величине удельного импульса, а это означает, что их охлаждение осуществлялось при более сложных условиях, что требовало от советских исследователей более вьюокого уровня знания особенностей тепловых процессов, протекающих в ЖРД. [c.84]

Термическое сопротивление пористого материала, заключенного в герметичную о лочку, можно регулировать в широком диапазоне путем дозированного ввода в него газа или жидкости (в том числе жидкого металла). Эго позволяет плавно изменять его эффективную теплопроводность в пределах от 10 до 10 Вт/ (м град). Сверхвысокая теплопроводность таких ПТЭ достигается за счет кипения жидкости и конденсации пара внутри проницаемой структуры вблизи обогреваемой и охлаждаемой герметичных поверхностей. Указанное устройство может быть использовано для организации интенсивного теплообмена, например, при охлаждении электродов дугового нагревателя газа. [c.17]

Особое место среди теплообменных аппаратов разных типов занимают тепловые трубы. Тепловой трубой называется испарительно-конденсационное устройство, представляющее собой закрытую камеру, внутренняя полость которой выложена слоем капиллярно-пористого материала (фитилем). Один конец тепловой трубы служит зоной подвода, а противоположный — зоной отвода теплоты. За счет подвода теплоты жидкость, насыщающая фитиль, испаряется. Пар под действием возникшей разности давлений перемещается к зоне конденсации и конденсируется, отдавая теплоту парообразования. Конденсат под действием капиллярных сил возвращается по фитилю в испарительную зону. Происходит непрерывный перенос теплоты парообразования от зоны нагрева к зоне охлаждения (конденсации). Тепловые трубы не требуют затрат энергии на перекачку теплоносителя, они работают при малом температурном напоре, поэтому обладают большой эффективной теплопроводностью, превышающей на несколько порядков теплопроводность серебра или меди — наиболее теплопроводных материалов из всех известных. Для тепловых труб используется большое разнообразие теплоносителей в зависимости от интервала рабочих температур. [c.219]

Правильному использованию смазывающе-охлаждающей жидкости, включая способ подвода ее в зону резания, принадлежит важная роль в предупреждении прижогов и шлифовочных трещин. Охлаждение водным раствором, несмотря на высокий коэффициент теплопередачи, оказывается менее эффективным, чем маслами или их смесями. Из этого следует, что задача состоит не столько в отводе тепла, сколько в уменьшении теплообразования. Наличие в СОЖ масла уменьшает трение круга с деталью, улучшает условия трения. Применение масел, однако, нетехнологично, они к тому же способствуют ускорению засаливания кругов. Чтобы облегчить подвод СОЖ в зону резания, круги делаются пористыми, с радиальными или наклонными пазами. Подача через поры наиболее эффективна, но недостаточно стабильна из-за забивания пор, неравномерного распределения СОЖ по рабочей поверхности круга. Организация же тонкой очистки СОЖ в процессе работы затруднительна. Сильные при- [c.28]

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]

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]

Выполненный анализ пористого охлаждения с использованием диссоциирующего охладителя выявил значительное повыщение его эффективности вследствие поглощения теплоты при протекании эндотермической реакции разложения. Кроме того, разложение охладителя приводит к уменьшению молекулярной массы вдуваемой газовой смеси, что увеличивает блокирующий эффект охлаждения при конвективном нагреве. [c.15]

Пористые охлаждаемые материалы. В пористых охлаждаемых материалах используется новый и весьма эффективный принцип охлаждения — Шфкуляцней жидкостей или газов через поры. При охлаждении жидкостью, например водой, жидкость, проходящая через поры, испаряется, причем используется скрытая теплота испарения жидкости. При обычном охлаждении (циркуляцией жидкости через змеевик или рубашку) с 1 Г расходуемой воды можно снять около 80 кал, л при циркуляции через пористые материалы — более ООО кал. Новый метол охлаждения при применении жидкостей примерно на один порядок эффективнее-обычного. [c.590]

Эффективным способом тепловой защиты является пористое охлаждение. Одним из его преимуществ является равномерная подача охладителя через поверхность. В ряде случаев, представляющих интерес для практики, приходится иметь дело с весьма большими интенсивностями вдува. Последние бывают необходимы в случае химически агрессивных набегающих потоков, при создании защитной лучепоглощающей завесы и т. д. Здесь мы рассмотрим только физические основы пористого охлаждения, так как ему посвящена полностью одна из следующих глав. [c.17]

Процессы переноса вещества представляют собой предмет особой теории массообмена. Во многих случаях массообмен непосредственно связан с теплопередачей, и оба процесса существенно влияют друг на друга. Так, например, одним из эффективных способов защиты элементов машин от воздействия потока газа высокой температуры является так называелГое пористое охлаждение, рри таком способе защиты охлаждающая среда (газ, испаряемая жидкость) вводится через пористую стенку в пограничный слой основного потока газа и, воздействуя на этот поток, существенно меняет интенсивность теплообмена. [c.417]

Считается, что основное влияние на теплообмен при пленочном охлаждении оказывает не масса вдуваемой жидкости, а подводимая к пограничному слою или отводимая от него э/ ергия. Если это так, то можно приближенно моделировать вдувание через щель узким полосовым нагревателем, на котором выделяется тепловой поток, равный произведению массового расхода и энтальпии инжектируемой жидкости. Используя методы решения двух предыдущих задач, исследуйте случай вдувания через пористую секцию, когда эффективность пленочного охлаждения определяется по уравнению (11-39). [c.305]

Наиболее эффективным является пористое охлаждение. Лопатка с таким охлаждением (рис. 11.6) состоит из внутреннего несущего стержня 1 с профилированными ребрами и пористой оболочки 2, образующей профильную часть. Оболочка лопатки выполняется из проницаемых материалов (пористых, многослойных перфорированных, сеток). Ребра на стержне служат для покреп-ления оболочки и образуют продольные каналы, по которым проходит охлаждающий воздух. [c.192]

Двигаясь вблизи стенки навстречу тепловому потоку, охладитель вооприпимает тепло нагретого газа, благодаря чему уменьщается приток тепла к стенке. Если охладителем является капельная жидкость и массовый расход ее достаточно велик, происходит испарение жидкости на поверхности стенки. В результате количество тепла, поглощаемое охладителем, будет значительно большим, чем при вдуве в пограничный слой газов. Поэтому пористое охлаждение жидкостью эффективнее, чем газом. [c.260]

Значения осредненного коэффициента бср, показывающего эффективность различных конструктивных схем организации охлаждения в зависимости от относительного J)a xoдa охлаждающего воздуха (на один лопаточный венец) Со л. показаны на рис. 4.20. Из графиков видно, что (исключив из рассмотрения перспективное — пористое охлаждение) наибольшая практически осуществимая эффективность охлаждения как сопловых, так и рабочих лопаток достигается при конвективно-пленочном охлаждении. [c.159]

Как было показано на рис. 4.20, пористое охлаждение наиболее эффективно. При таком охлаждении, когда относительный диаметр отверстий (отношения диаметра отверстия к его длине) мал, а длина сравнительно с ним значительна, воздух на выходе из отверстий может иметь температуру, близкую к температуре оболочки. В этом случае максимально используется хладоресурс охлаждающего воздуха. Однако в настоящее время практическое осуществление пористого охлаждения связано с необходимостью преодоления значительных трудностей как конструктивного, так и технологического характера. [c.174]

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]

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]

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]

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]

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]

Для теплозащиты с помощью испарительного охлаждения наиболее предпочтительной является конструкщ1я двухслойной стенки. Внутренний слой из металла малой пористости является несущей конструкцией и на нем создается перепад давлений при движении жидкого охладителя, достаточный для эффективного регулирования его расхода. Внешний теплозащитный слой изготовлен из термостойкого материала высокой пористости и малой теплопроводности и химически инертного для испаряющегося охладителя и внешнего потока. Он защищает внутренний слой от воздействия высокой температуры и обеспечивает условия для полного испарения охладителя и перегрева образующегося пара. [c.133]

Влияние отдельных параметров на изменение величины ip показано на рис. 6.9. Эти результаты рассчитаны при тех же условиях, что и данные, приведенные на рис. 6Я. Эффективность использования охладителя возрастает при углублении начала парового участка (уменьшении к), при увеличении разности температур между проницаемой матрицей и охладителем в начале парового участка и при увеличении интенсивности внутрипорового конвективного теплообмена. Очевидно, что при равных прочих условиях процесс испарительного охлаждения следует организовать так, чтобы использовать под паровой участок как можно большую часть пористой стенки. [c.142]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...