Ефективний спосіб теплового захисту

Ефективним способом теплового захисту є пористе охолодження. Одним з його переваг є рівномірна подача охолоджувача через поверхню. У ряді випадків, що представляють інтерес дл практики, доводиться мати справу з вельми великою інтенсивністю: вдуву. Останні бувають необхідні в разі хімічно агресивні набігаючих потоків, при створенні захисної лучепоглощающей завіс і т. д. Тут ми розглянемо тільки фізичні основи пористого охолодження, так як йому присвячена повністю одна з наступних глав. Проходячи через пори, охолоджувач відбирає тепло від стін ки; а вийшовши на поверхню, знижує інтенсивність теплообміну між гарячим газом і стінкою. Обидва ці фактори ведуть до зниження темпера тури пористої стінки. Охолоджувачем може бути газ або рідина Перевага звичайно віддається газоподібним речовинам через боле високих робочих температур і меншого перепаду тиску при їх перебігу через пори. Якщо охолоджуючий агент – рідина, то при її випаровуванні поглинається прихована теплота фазового переходу.

У багатьох додатках важлива роль відводиться хімічному; складом вдуваемого газу. Так, для крайок крил і рулей в надзвуковому потоці становить небезпеку не тільки теплової нагрів і окислення поверхні потоком, що набігає. Тому останнім часом велику увагу приділяють такому газоподібному охолоджувачу як аміак. Володіючи гарну теплоємність, він, крім того, потрапивши прикордонний шар, зв'язує кисень. Новоутворена вода і азот практично інертні по відношенню до матеріалів пористої матриці.

Одним з різновидів пористого охолодження є так зване самоохолодження. Поява висококалорійних алюмінізірованних палив з температурою горіння понад 2800 К для РДТТ викликав необхідність створення нових ерозестійкого матеріалів для вкладишів горла сопла. Температура стінки сопла перевищує робочу температуру неохолоджуваного вольфраму. Однак, наповнюючи иль просочуючи пористий вольфрам іншим матеріалом, який може випаровуватися при меншій температурі, поглинаючи при цьому тепло, можна домогтися зниження температури стінки. Складовою вкладиш працює як поглинач тепла до тих пір, поки температура його поверхні не досягне точки кипіння або розкладання заповнює фази. Тоді починається його випаровування з утворенням зони пористого вольфраму, через яку фільтрується пароподібний охолоджувач. Пар відбирає додаткову кількість тепла від пористого вольфраму, знижуючи таким чином температуру поверхні. Вибір охолоджувача та пористості матриці залежить від умов роботи. Такі охолоджувачі, як срібло, мідь, цинк і гідрид літію, привернули найбільшу увагу.

По витраті охолоджувача на одиницю поверхні, що захищається пористе охолодження більш ефективно, ніж розглянуті раніше способи теплового захисту. Але використання пористого охолодження вимагає виготовлення пористих стінок по досить складній технології. Крім того, при експлуатації такої системи необхідно вживати заходів для очищення охолоджувача, щоб уникнути засмічення пір. В даний час пористе охолодження застосовується в ракетних двигунах на водневому паливі, авіаційних двигунах, електродугових подогревателях газу, МГД-установках, теплообмінних апаратах і т. д.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru