Заградительное охлаждение

Сущность такого охлаждения заключается в том, что на некотором участке охлаждаемой стенки организуется течение заградительного защитного слоя охладителя (холодного газа) между горячим газом и стенкой. Этот защитный слой называют завесой (рис. 4.9).

В щель размером поступает холодный газ, который, перемешиваясь с горячим газом, образует зону смешения AОВ (пристеночный слой смешения), толщина которого увеличивается вдоль стенки. На рис. 4.9 показано распределение температуры (температурное поле) в двух поперечных сечениях пристеночного слоя. Как видно, по ходу движения газа происходит постепенная трансформация его температурного поля. Можно выделить два характерных участка: начальный (до точки А) и основной (за точкой А). На начальном участке стенка практически омывается только охладителем, поэтому её температура постоянна и равна температуре охладителя Т в выходном сечении щели. На основном участке температура пристеночного слоя всё больше увеличивается, стремясь к значению температуры горячего газа. Вследствие этого увеличивается и температура стенки. Из рис. 4.9. видно, что при таких условиях поддерживать температуру стенки ниже допустимого значения (Т ≤ Т ) возможно лишь на определённом участке охлаждаемой стенки - от выходного сечения щели до x . Если длина стенки больше этого участка (l > x ), то необходимо организовать повторный подвод охладителя в области x ≤ x .

Эффективность заградительного охлаждения, как и конвективного, характеризуется относительной глубиной охлаждения

.

Значение при заградительном охлаждении зависит, главным образом, от двух факторов: относительного расстояния от места ввода охладителя

= x/ и так называемого параметра вдува, равного отношению плотностей тока охладителя и горячего газа перед зоной смешения (около точки О) .

Рис. 4.10

Качественное протекание этой зависимости показано на рис. 4.10, из которого видно, что с возрастанием параметра вдува значение растёт и, следовательно, температура стенки уменьшается. При данном значении N уменьшение , т.е. повышение температуры стенки, происходит с ростом .

Если для создания заградительной завесы используется жидкость, то этот способ охлаждения называется плёночным. Схематично плёночное охлаждение стенки показано на рис. 4.11. Растекающаяся по стенке плёнка охлаждающей жидкости под воздействием горячего газа испаряется, в результате чего её толщина уменьшается. Отделяющийся от плёнки пар образует около поверхности стенки завесу, защитное действие которой в принципе аналогично действию рассмотренного выше заградительного защитного слоя холодного газа.

Рис. 4.11	Рис. 4.12

Температура стенки может быть уменьшена и соответственно длина x увеличена, если заградительное охлаждение применять совместно с конвективным (рис. 4.12). Такое комбинированное охлаждение часто называют конвективно-заградительным или конвективно-плёночным. Оно широко используется для тепловой защиты различных элементов авиационных и ракетных двигателей и других технических устройств.