Проверьте, как Вы усвоили материал

1. Чем физически отличается процесс теплоотдачи излучением от теплообмена конвекцией и теплопроводностью?

2. Что называется отражательной, поглощательной и пропускательной способностью тела?

3. В каком случае тело называется абсолютно чёрным, абсолютно прозрачным и абсолютно белым? Приведите примеры тел, которые близки по своим свойствам к абсолютным.

4. Что устанавливает закон Стефана-Больцмана?

5. В чём сущность закона Кирхгофа?

6. Назовите способы уменьшения передачи тепла излучением.

7. Дайте определение теплозащитному экрану.

8. Как влияют непрозрачные экраны на теплообмен излучением?

9. Приведите примеры использования тепловых экранов в авиационной технике.

10. Вспомните название газов, принимающих участие в излучении и поглощении тепловой энергии.

11. Каковы различия между излучением твёрдых тел и излучением газов?

12. Объясните физическую сущность лучистого теплообмена.

13. Напишите формулу для определения плотности теплового потока при лучисто-конвективном теплообмене.

Тема 12. Теплообменные аппараты

Развитие и совершенствование летательных аппаратов со­провождается увеличением их энерговооруженности и ростом скорости полета. Это приводит к увеличению количества выде­ляемого тепла, основными источниками которого являются дви­гатель, радио- и электрооборудование, а также обшивка лета­тельного аппарата при полете на большой сверхзвуковой скорости. Для обеспечения нормальной работы летательного аппарата и пассажиров экипажа требуется отводить тепло.

В качестве теплопоглотителей обычно используют поступаю­щие в двигатель топливо и воздух. Вспомогательными теплопоглотителями могут служить специальные жидкости: вода, спирт и другие, которые при нагреве и испарении отводят тепло с ох­лаждаемой поверхности.

В тех случаях, когда источники тепла удалены от стоков, транспортировка тепла осуществляется теплоносителями.

Устройства, предназначенные для передачи тепла от горя­чих теплоносителей холодным, называются теплообменными ап­паратами или теплообменниками.

От рационального выбора типа теплообменного аппарата и правильной эксплуатации его в значительной мере зависит экономичность и надежность работы всей силовой установки в целом.

На самолётах, эксплуатируемых в гражданской авиации, устанавливаются топливно-масляные радиаторы, служащие для подогрева топлива, поступающего в камеры сгорания, масляно-воздушные радиаторы, в которых охлаждается масло, устройства для кондиционирования воздуха. Теплообменные аппараты применяются также в системах регенерации тепла газотурбинных двигателей с целью повышения их экономичности.

12.1. Основные типы теплообменных аппаратов

По принципу действия теплообменные аппараты подразделяются на рекуперативные, регенеративные и контактные (смесительные).

В рекуперативных теплообменных аппаратах передача тепла от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их теплопроводную стенку (рабочую поверхность). При этом направление теплового потока через стенку не изменяется в процессе работы.

В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменные аппараты подразделяются на прямоточные, противоточные и перекрестноточные (рис. 12.1). В первом случае теплоносители движутся в одном направлении (рис. 12.1, а), во втором – в противоположных направлениях (рис. 12.1, б) и в третьем – во взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 12.1, в). Могут использоваться и более сложные схемы движения теплоносителей (рис. 12.1, г, д, е). Рабочая поверхность рекуперативных теплообменных аппаратов может выполняться в виде трубок или пластин (рис. 12.2) с этим различают трубчатые (рис. 12.2, а) и пластинчатые (рис. 12.2, б) теплообменники.

а б в г д е

Рис. 12.1. Схемы движения теплоносителей

В регенеративно-теплообменных аппаратах одна и та же рабочая поверхность, так называемая насадка, попеременно об­текается горячим и холодным теплоносителями. При прохожде­нии через насадку горячего теплоносителя в ней аккумулируется тепло, которое затем передается холодному теплоносителю. На­садка должна обладать высокой общей теплоёмкостью и разви­той поверхностью. Направление теплового потока в регенератив­ных теплообменных аппаратах периодически изменяется, и ре­жим т еплообмена носит нестационарный характер.

а б

Рис. 12.2. Теплообменные аппараты: а – трубчатые, б – пластинчатые

Регенеративные теплообменные аппараты могут иметь вра­щающуюся или неподвижную насадку. В первом случае (рис. 12.3) каждый теплоноситель движется по своему каналу, а передача тепла обеспечивается благодаря вращению насадки. Во втором случае, с целью обеспечения непрерывности процесса теплообмена, теплообменник включает две одинаковые насадки, через каждую из которых попеременно движутся горячий и холодный теплоносители.

а б

Рис.12.3. Регенеративные теплообменные аппараты

В контактных теплообменных аппаратах передача тепла про­исходит при непосредственном контакте теплоносителей. Поэто­му такие теплообменники целесообразно использовать для теп­лоносителей, которые в дальнейшем могут быть легко отделены друг от друга. Этот принцип теплообмена используется, напри­мер, при охлаждении масла в картере поршневого двигателя, в воздушных градирнях и других случаях.

Разновидностью теплообменных аппаратов являются радиа­ционные холодильники или излучатели, в которых тепло от горя­чих теплоносителей рассеивается излучением. Радиационные хо­лодильники используются на космических аппаратах для отвода тепла от аппарата в космическое пространство.

По виду применяемых теплоносителей теплообменники подразделяются на:

- жидкостно – жидкостные;

- газо – газовые;

- газо – жидкостные;

А по целевому назначению подразделяются на:

• маслоохладители;

• воздухоохладители;

• воздухоподогреватели;

Основными требованиями к авиационным теплообменным ап­паратам являются высокая плотность теплового потока, мини­мальные масса и габариты, низкий уровень гидравлических по­терь, высокая надежность работы и удобство эксплуатации. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют рекуператив­ные теплообменные аппараты. В настоящее время они наиболее широко используются в авиационной технике.