Классификация. Системы охлаждения по типу применяемого охладителя подразделяются на две группы: газовые (воздушные) и жидкостные

Системы охлаждения по типу применяемого охладителя подразделяются на две группы: газовые (воздушные) и жидкостные. В первой группе используется атмосферный воздух или пары воды, во второй — топливо, масло, жидкости с высокой температурой кипения, расплавленные металлы. Вещество-охладитель должно иметь высокие значения удельной теплоемкости, коэффициента теплоотдачи и температуры кипения, сохранять физические свойства при многократных нагревах и охлаждениях, быть безопасным, обла­дать слабой коррозионной активностью, быть простым в обслуживании.

В зависимости от схемы движения охладителя системы могут быть разомкнутыми и замкнутыми. В первых охладитель используется однократно, после чего выбрасывается в атмосферу. Замкнутая система характеризуется тем, что охладитель циркулирует по замкнутому контуру, перенося тепло от нагретых деталей к теплообменнику.

Системы воздушного охлаждения применяют для защиты от перегрева компрессоров, генераторов, цилиндров ПД, камер сгорания, удлинительных труб, дисков и лопаток турбин ГТД. Эти системы наиболее просты по конструкции, не требуют сложных дополнительных устройств, надежны в работе.

Отвод тепла от нагретых деталей воздухом производится двумя способами: либо путем обдува их наружных поверхностей (внешнее охлаждение), либо за счет циркуляции охладителя внутри деталей (внутреннее охлаждение). Первый способ обычно используют для снижения температуры агрегатов, расположенных на двигателе (компрессоры, насосы, генераторы), или деталей, которые непосредственно не омываются газовым потоком, второй — для деталей, находящихся в газовом потоке. Для уменьшения температуры стенок камеры сгорания и дисков турбины широкое распространена получило заградительное охлаждение. В этом случае через отверстии и ли щели по направлению потока горячего газа подается струя холодного воздуха, которая, перемешиваясь с горячим газом, понижает его температуру, предохраняя тем самым защищаемые поверхности от перегрева. Для подачи холодного воздуха через щель не требуется большого перепада давления и обычно используется воздух, отбираемый из атмосферы или тракта двигателя на входе в камеру сгорания. К недостаткам относится то, что в отдельных зонах холодная струя, обладающая небольшим избыточным давлением, не может преодолеть гидравлического сопротивления этих зон, вследствие чего там возможно возникновение местных перегревов.

Для охлаждения ПД используют встречный поток воздуха, омывающий оребренные стенки головок и гильзы цилиндров. Повышение эффективности охлаждения достигается размещением двигателя в капоте. Кроме того, цилиндры заключают в дефлекторы, прижимающие воздушный поток к оребрению и стенкам цилиндров, снижая тем самым расход воздуха. Для лучшей герметизации внешние кромки дефлекторов обшивают кожей или специальными пластиками. Уменьшение расхода воздуха через капот, достигаемое благодаря наличию дефлекторов, уменьшает потребную выходную площадь воздушного канала, что упрощает и улучшает компоновку капота и силовой установки в целом. Поддержание температуры деталей в допустимых пределах при различных режимах полета обеспечивается изменением площади выходного сечения воздушного канала.

На больших скоростях полета применение внешних воздухозаборников нежелательно, так как они значительно увеличивают аэродинамическое сопротивление самолета. В этих условиях приемлемыми могут оказаться различные устройства (клапаны), обеспечивающие поступление необходимого количества воздуха в подкапотное пространство из воздухозаборников двигателя.

Особого внимания заслуживают системы охлаждения силовых установок вертолетов, где требуется принудительный обдув двигателей воздухом от вентиляторов. Это объясняется тем, что на ре-

Системы жидкостного охлаждения о настоящее время применяют в ЖРД для снижения температуры стенок камер сгорания, а па некоторых типах летательных аппаратов с ТРД — масла в радиаторахторах. В качестве охладителя широко используют топливо. Этот способ может применяться при условии необходимого перепада температур между горячими деталями (стенки камеры сгорания) и топливом, т. е. должно выполняться условие . При этом температура топлива в системе не должна превышать максимально допустимую температуру, определяемую из условия коксуемости топлива.

При больших тепловых потоках в камерах ЖРД внешнее охлаждение камер становится весьма затруднительным вследствие значительного перепада температуры между внутренней и наружной поверхностями стенки. Если в качестве охладителя используется горючее, то может оказаться, что его теплоемкости будет недостаточно для поглощения передаваемого тепла. Кроме того, возникает опасность перегрева отдельных участков стенки при местном закипаний охладителя. В таких случаях применяют пленочное охлаждение. Через отверстия или щели подается жидкость, которая образует на поверхности защитную пленку. Пленка уносится потоком газа вдоль поверхности и испаряется, поглощая при этом тепло. Пары жидкости, поступая в пограничный слой, увеличивают толщину слоя и уменьшают теплоотдачу в стенки.

Наряду с пленочным может применяться пористое охлаждение, основанное на подаче через пористую или перфорированную поверхность в пограничный слой жидкости (или газа) с теми же, что и во внешнем потоке, или другими физическими свойствами.

Этот способ дает выигрыш в расходе охладителя, однако его применение связано с рядом трудностей. Одной из них является необходимость использования специального пористого материала, обладающего меньшей прочностью по сравнению со сплошным. К недостаткам относятся потери в тяге при охлаждении сопел реактивных двигателей и необходимость иметь некоторый запас давления для подачи охладителя через пористую поверхность.

Расчет

Радиаторы.

Проверочные расчеты радиаторов производят, если известны геометрические характеристики радиаторов (поверхность охлаждения, число трубок, их длина, диаметр и т. п.) и требуется определить количество тепла, переданного от одного теплоносителя к другому, а также конечные температуры теплоносителей (рабочих жидкостей).

Проектировочные расчеты выполняют при создании новых радиаторов для определения поверхности охлаждения (теплообмена).

Рассмотрим в качестве примера методику проведения проверочных расчетов применительно к топлпвно-масляным радиаторам, т. е. из нескольких типов радиаторов выберем тот, который обеспечит отвод от двигателя потребного количества тепла. Кроме геометрических характеристик радиаторов и потребного количества тепла, необходимо иметь значения прокачек топлива и масла через радиатор , , температуры на входе в радиатор , и физические свойства топлива и масла (вязкость, плотность, теплоемкость, теплопроводность и т. п.).

Количество тепла, которое может отвести радиатор: , где К- коэффициент теплопередачи, S — поверхность охлаждения, — средняя разность температур.

Принимая изменение температуры по длине поверхности теплообмена линейным (что справедливо при незначительном изменении температуры вдоль поверхности), можно записать:

; , где повышение температуры топлива в радиаторе;

понижение температуры масла в радиаторе (здесь и далее по тексту индекс «т» относится к топливу, «м» — к маслу).

При неизвестных значениях коэффициента теплопередачи его можно определить по формуле: , коэффициенты теплоотдачи а_т, а_м находят из зависимости: , где Nu — критерий Нуссельта, характеризующий конвективный теплообмен между жидкой средой и поверхностью теплообмена;

И.Т.Д.

Date: 2015-05-05; view: 655; Нарушение авторских прав