Методи теплового захисту

В даний час відомо шість основні способів відведення (поглинання) тепла: теплопровідність з використанням теплоємності конден сірованних речовин, конвекцією, масообмінних, випромінюванням, за допомогою електромагнітних полів і, нарешті, за рахунок фізико-хімічних перетворень. На практиці часто зустрічається комбінація двох чи більше зазначених вище способів. Кожен з цих способів або їх поєднання можуть бути реалізовані у вигляді різних методів теплового захисту в залежності від конкретного конструктивного оформлення. Здатність деяких матеріалів легко відводити тепло від нагрітих поверхонь добре відома і знаходить широке застосування вже сотні років. Системи з накопиченням тепла є низькотемпературними, бо вони працюють при температурах нижче точки плавлення поглинає тепло матеріалу. Тепло відводиться від поверхні теплопровідністю відповідно до закону Фур'є. Отже, ефективність даного принципу відведення тепла тим вище, чим більше теплоємність матеріалу, його теплопровідність і температура плавлення або сублімації.

На практиці широко використовуються метали, що мають більш високі в порівнянні з іншими речовинами значення коефіцієнта теплопровідності, що забезпечує засвоєння ними тепла відносно рівномірно по всій масі матеріалу. Чим менше критерій, тим імовірніше, що тепло пройде «транзитом» через стінку перш, ніж на її поверхні буде досягнута температура руйнування. Можна показати, що недоцільно використовувати металеві стінки завтовшки 12 більше 25-50 мм.

Важливими чинниками, які слід мати на увазі при виборі тог чи іншого матеріалу в якості поглинача тепла, є його мехг ническая міцність при високих температурах, а також однорідність. Так крихкий графіт менш кращий ніж мідь, яка часто використовується на практиці завдяки її гарній технологічності, високому коефіцієнту теплопровідності, яке виключає і рівномірність нагріву виробів. Верхній температурний межа металів зазвичай набагато нижча за окислення. Конвективное охолодження. Серед газоподібних охолоджувачів своєї теплоємністю виділяєте водень, на практиці частіше використовуються рідина – вода, спирт і т. д. При високих температурах стінки для охолодження можуть застосовуватися розплавлені метали (натрій, літій). Рідкий метал на охолоджувану стінку можна подавати за допомогою форсунок.

Залежно від способу розсіювання тепла в навколишній простір системи конвективного охолодження підрозділяються на замкнуті й розімкнуті. Обов'язковим елементом замкнутої системи охолодження є теплообмінник, в якому охолоджувач, який отримує тепло від гарячої стінки, розсіює його в навколишнє середовище або передає іншій теплоносію. У цьому випадку необхідна кількість охолоджувача не залежить від часу експлуатації системи. Для зниження перепаду температури в стінці і поліпшення умов відведення тепла матеріал стінки повинен володіти великою теплопровідністю. Кращими матеріалами для цих цілей є мідь, молібден. Даний спосіб непридатний, коли температура поверхні перевищує температуру плавлення або коли відбувається ерозія стінки.

Розширити інтервал допустимих теплових потоків при досить інтенсивному підводі тепла від гарячих газів можна за рахунок використання теплоти фазового перетворення (випаровування) охолоджувача на поверхні. Так, теплота випаровування розплавленого літію становить близько 20 500 кДж / кг, літій кипить при 1590 К. Конвективне охолодження часто використовується в камерах згорання рідинних ракетних двигунів (РРД), а також в стаціонарних високотемпературних промислових установках (плазмотронах та ін.) Тут застосовуються системи трубчастого охолодження, що складаються з розгалуженої мережі каналів або труб, розташованих під поверхнею, що нагрівається і знаходяться в тісному контакті з нею. Через труби безперервно прокачується рідкий або газоподібний охолоджувач. Максимальна кількість тепла, поглинене такою системою, залежить від теплопровідності матеріалу стінки, витрати і теплоємності охолоджувача. У РРД застосовується зазвичай система розімкнутого типу; використане в якості охолоджувача паливо надходить потім в камеру згорання двигуна і там згорає.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru