Цитата: normalized_ от 11.10.2018 07:25:19Вопрос не в расчете теплового потока трубки по заданной конфигурации "Я ее и посчитать могу, тепловые потоки и эффективную теплопроводность", а, раз вы утверждаете, что она (может быть) эффективней на порядок регенеративного охлаждения, то нужно привести к.л. наметки к обоснованию этого.
То есть для какого-либо конкретного маршевого двигателя (т.е. с заданной формой, давлением, температурой) определить:
1) какой геометрией и каким теплоносителем должна обладать "тепловая трубка", чтоб обеспечить охлаждение сопла.
2) сравнить с традиционными методами: регенеративным охлаждением топливом (узкая часть сопла), абляционным (широкая часть). И таким образом объективно оценить ее насколько она эффективней по теплопроводности.
После этого можно продолжать разговор, по нормальному рассматривая поступившее предложение.
Регенеративное охлаждение.
Это обычное конвективное охлаждение с обратной стороны стенки. Отличается лишь тем, что в качестве охлаждающей ждкости используется топливо, которое рядом и утилизируется. Конструкция дает прирост энергоэффективности, но не дает прироста эффективности охлаждения.
Как вообще стенка работает, описывать не буду – вот
учебное пособие, где все разжевано для продольного охлаждения ЖРД. Отмечу только, что с ростом температуры в камере в области критического сечения конвективный поток растет, не более, чем квадратично, а лучистый почти как четвертая степень. С ростом давления оба растут пропорционально плотности.
В результате сопряженного теплообмена в областях "горячий погранслой-стенка-холодный погранслой" устанавливается самосогласованное распределение температуры в стенке. При этом чем длинее канал охлаждения, тем разность давлений на входе и выходе при прочих равных будет выше. По мере движения охладителя по каналу он нагревается, в результате локальная теплоотдача понижается и температура обеих сторон стенки растет.А если вдруг охладитель в канале закипит, катастрофически упадет коэффициент теплоотдачи, и в результате положительной обратной связи стенка моментом прогорит.
В популярных книжках по ЖРД помимо регенеративного охлаждения упоминается тепловая завеса стенки со стороны нагрева. Это когда но горячей стенке организуется ламинарное пленочное течение охладителя, которое отбирает часть теплового потока чисто своей теплоемкостью. Если пленка содержит сажевые частицы, отбирается не только конвективный, но и лучистый поток. Метод неплохой, но реализация зело сложная – свободно "гуляет" площадь критического сечения и его положение в горле, что может привести к возникновению автоколебаний и срыву течения завесы.
Тепловая трубка.
В трубку помещается жидкость-теплоноситель, кипящая при рабочих температурах и запаивается. Один конец нагревается, другой охлаждается. На горячем конце теплоноситель закипает, отбирая тепло на фазовый переход, пар течет к холодному концу, где конденсируется и отдает тепло в холодную стенку. Чтобы сконденсировавшийся теплоноситель вернулся к горячему концу, на внутренней стенке трубки может быть нанесен пористый слой, который работает как капиллярный насос, подающий теплоноситель с холодного конца на горячий против гидростатического давления, возникающего при рабочем нагреве горячего конца трубки. Сама идея состоит в отборе тепла с помощью фазового перехода. Преимущество – безрасходность теплоносителя горячего контура. В принципе, трубка не обязательно должна быть цилиндрической, а теплоноситель не обязательно должен подаваться в рабочую зону с помощью капиллярных сил.
Из личной практики охлаждения
При охлаждении метрового канала d25 мм с электродуговой плазмой (ток килоампер, напряжение на дуге порядка 7 кВ, давление 20 ата, температура в дуге несколько десятков тысяч кельвинов, расход воздуха – полтора кг/с) использовался двухфазный метод охлаждения. Охлаждающая вода подавалась радиально в специальным образом профилированные каналы межэлектродных вставок, из которых набирался дуговой канал, где за счет центробежных сил прямо на поверхности стенки происходила сепарация пара и жидкости. К стенке из входного коллектора текла вода, на стенке было пузырьковое кипение, от стенки двухфазный поток попадал в выходной коллектор, где происходила конденсация. Охлаждение работало на почти предельных для меди тепловых потоках в стенку (~10 кВт/см^2). Такие потоки, даже на порядок меньшие, чисто конвективным охлаждением не снимаются вообще.
(Эскиз вставки будет позже)
Отредактировано: adolfus - 11 окт 2018 17:08:56