КОНВЕКТИВНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

При конвективном охлаждении стенки, соприкасающейся с горячим потоком, обратная ее сторона омывается холодным газом или жидкостью. При заданных температуре горячего газа и условиях теплообмена с поверхностью стенки температурное состояние стенки зависит от температуры охладителя и интенсивности теплообмена охладителя со стенкой. Повышение интенсивности теплообмена между охладителем и стенкой позволяет приблизить температуру стенки к температуре охладителя. Например, при кипении охлаждающей жидкости на поверхности стенки получаются большие коэффициенты теплоотдачи и создаются благоприятные условия охлаждения. Эффективность системы охлаждения повышается также при оребрении стенки со стороны охладителя.

При использовании газообразного охладителя отобранная от стенки теплота расходуется на его нагрев, а при использовании жидкости — на нагрев и испарение.

В зависимости от способа рассеивания теплоты, полученной охладителем, в окружающее пространство системы конвективного охлаждения подразделяют на замкнутые и разомкнутые. Обязательным элементом замкнутой системы охлаждения является теплообменник, в котором охладитель, получивший теплоту от горячей стенки, рассеивает ее в окружающую среду или передает другому теплоносителю. В этом случае масса системы охлаждения не зависит от времени ее эксплуатации.

Одной из разновидностей разомкнутой системы является испарительное охлаждение, где теплота поглощается вследствие испарения жидкости. При такой схеме охлаждения пар отделяется от жидкости в сепараторе и выбрасывается в окружающую среду. Для уменьшения расхода охладителя желательно, чтобы он имел высокую теплоту испарения. Наиболее пригодными для этих целей жидкостями являются вода (r=2260 кДж/кг), метиловый (r=1120 кДж/кг) и этиловый (r=853 кДж/кг) спирты*.

* Теплота испарения r дана при нормальном атмосферном давлении и температуре кипения.

При высоких допустимых температурах стенки для охлажде­ния с испарением могут применяться расплавленные металлы, которые обладают большой теплотой испарения, например литий (r=20500 кДж/кг; при нормальном атмосферном давлении температура его плавления 182°С, температура кипения 1320°С).

Оценку температурного состояния охлаждаемой стенки можно сделать по расчетным соотношениям теплопередачи (см. гл. 3), а расчет теплообменника — по методике, рассмотренной в предыдущей главе.

Для охлаждения жидкостных ракетных двигателей используется система разомкнутого типа: использованное в качестве охладителя топливо поступает затем в камеру двигателя и там сгорает. Для охлаждения лопаток газотурбинного двигателя используется разомкнутая воздушная система. Для охлаждения радиоаппаратуры можно также применять разомкнутую воздушную систему или конвективное испарительное охлаждение.