В этом случаемежду стенкой и потоком горячего газа создается заградительный защитный слой охладителя (холодного газа или жидкости); этот защитный слой называется завесой или плёнкой. Завеса может быть организована различными способами (рис. 13.5).
Рис. 13.5. Способы организации заградительного (плёночного) охлаждения
Рассмотрим особенности процесса при заградительном охлаждении. На защищаемой стенке образуется пограничный слой охладителя, а на границе между охладителем и горячим газом — зона смешения АОВ (рис. 13.6), ширина которой растет вдоль потока. По ходу движения можно выделить два характерных участка: начальный и основной. На начальном участке (от плоскости входа до точки В — точки соприкосновения границы зоны смешения со стенкой) стенка омывается охладителем. Поэтому на начальном участке температура стенки равна температуре охладителя на выходе из щели t ох . На основном участке (за точкой В по ходу движения) в зону смешения вовлечен и
пристенный слой, температура его увеличивается, вследствие чего растёт и температура стенки (см. рис. 13.6).
|
|
Рис. 13.6. Характер изменения температуры охлаждаемой стенки от способа ввода охладителя
При “чисто” заградительном охлаждении теплоотдача между газом и стенкой на стационарном режиме отсутствует. Поэтому в данном случае стенку называют адиабатной, а ее температуру обозначают tст ад.
Эффективность заградительного охлаждения характеризует безразмерная температура стенки, равная:
(13.10)
Величина θ зависит, главным образом, от безразмерного расстояния от места обдува (здесь b — ширина щели) и параметра вдува, равного отношению плотностей тока охладителя и газа:
где c ох, ρ ох - скорость и плотность охладителя на выходе из щели.
Для расчета в можно использовать приближенную формулу, предложенную С. С. Кутателадзе и А, И. Леонтьевым,
(13.11)
где
На рис. 13.6 видно, что требуемое условие(t ст < t доп)обеспечивается лишь на определенной длине охлаждаемого участка x доп. Если длина стенки l > x доп, то необходимо организовать дополнительный ввод охладителя. Температура стенки может быть понижена (и соответственно увеличена длина x доп), если заградительное охлаждение применить совместно с конвективным. Такое комбинированное охлаждение (рис. 13.7), которое часто называют конвективно-пленочным, широко используется для защиты камер сгорания, выходных сопел, лопаток газовых турбин и др.
Рис. 13.7. Физическая картина конвективно-плёночного охлаждения
Выше мы рассмотрели заградительное охлаждение, в котором завеса создается газом. Если для этой цели используется жидкость, то на процесс накладывается испарение охладителя, которое должно быть учтено в расчётах.
|
|