![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
При конвективном охлаждении стенка, соприкасающаяся с горячим потоком, с другой стороны омывается холодным газом или жидкостью. При заданных температуре горячего газа и условиях теплообмена его с поверхностью температурное состояние стенки зависит от температуры охладителя и интенсивности его теплообмена со стенкой. Повышение интенсивности теплообмена между охладителем и стенкой позволяет приблизить температуру стенки к температуре охладителя.
При использовании газообразного охладителя отобранная от стенки теплота расходуется на его нагрев, а при использовании жидкости – на нагрев и испарение.
В зависимости от способа рассеивания теплоты, полученной охладителем, в окружающее пространство системы конвективного охлаждения подразделяют на замкнутые и разомкнутые. Обязательным элементом замкнутой системы охлаждения является теплообменник, в котором охладитель, получивший теплоту от горячей стенки, рассеивает её в окружающую среду или передаёт другому теплоносителю. Одной из разновидностей разомкнутой системы охлаждения является испарительное охлаждение, где теплота поглощается вследствие испарения жидкости. При такой схеме охлаждения пар отделяется
от жидкости в сепараторе и выбрасывается в окружающую среду.
Рис. 13.1. Физическая картина процесса конвективного охлаждения
При конвективном охлаждении (рис. 13.1) стенка, соприкасающаяся с горячим газом (или другим источником тепла), имеющим температуру[2] t г и коэффициент теплоотдачи α г, с другой поверхности омывается охладителем с температурой t ох и коэффициентом теплоотдачи α ох. Параметры системы охлаждения должны обеспечивать такие условия теплообмена, при которых температура поверхности стенки со стороны газа (t ст.г) не превышала бы допустимую величину.
Из формулы Ньютона
(13.1)
Считая стенку плоской можно записать:
Тогда:
(13.1')
Для оценки эффективности охлаждения рассматривают величину:
(13.2)
которую называют безразмерной температурой стенки или относительной глубиной охлаждения. Она показывает долю располагаемого температурного напора t г _ t ох, реализуемого в системе охлаждения. Безразмерная температур может меняться в пределах от θ = 0 (охлаждения нет, t cт г = t г) до θ = 1 (предельная глубина охлаждения, t ст г = t ох).
Подставляя величину t ст г из (13.1') в (13.2), найдем безразмерную температуру стенки при конвективном охлаждении:
(13.2')
Видно, что уменьшение температуры стенки (13.1'), а следовательно, и рост глубины охлаждения (13.2) возможны понижением тепловых сопротивлений стенки и охладителя
.
Поэтому из условия охлаждения стенки целесообразно уменьшать, её толщину (если это допустимо из условия прочности), применять материалы с высоким коэффициентом теплопроводности (при достаточной их термостойкости) и повышать величину α ох. Уменьшение температуры возможно также путём понижения температуры газа и повышения его теплового сопротивления (т. е. уменьшения α г). Однако возможности воздействия на эти величины обычно ограничены или связаны с применением других способов тепловой защиты, которые рассмотрены ниже.
Формулы (13.1') и (13.2') получены для плоской гладкой стенки. В общем случае стенка, разделяющая газ и охладитель, может быть неплоской, вследствие чего поверхности, омываемые газом и охладителем, неодинаковы. Кроме того, поверхность стенки со стороны охладителя может быть снабжена ребрами. Для учёта этих особенностей ввёдем в соответствующие формулы коэффициент k ф, который будем называть коэффициентом формы. Тогда формулы для t ст г и θ приобретают вид:
(13.1'')
(13.2'')
Величина k ф определяется по геометрическим характеристикам стенки. Например, для плоской стенки, снабжённой ребрами (формула 10.45).
где ηp – коэффициент эффективности оребрённой поверхности.
Конвективное охлаждение используется для охлаждения, горячих деталей двигателей (камер сгорания, дисков и лопаток газовых турбин, выходных сопел и др.); оно может быть применено для охлаждения элементов летательных аппаратов, отвода тепла от радиоэлектронной аппаратуры и элементов электрооборудования.
Конвективное охлаждение, например, используется в жидкостных ракетных двигателях. Здесь применяется система разомкнутого типа: использованное в качестве охладителя топливо поступает затем в камеру двигателя и там сгорает.
Для охлаждения лопаток газотурбинного двигателя возможно использование разомкнутой воздушной системы (рис. 13.9; 13.11; 13.12; 13.13) или замкнутой жидкостной системы.
Для охлаждения радиоаппаратуры можно применять разомкнутую воздушную систему или конвективное испарительное охлаждение.
Дата публикования: 2015-02-20; Прочитано: 2300 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!