По аналогии с ламинарным пограничным слоем линейные аппроксимации эффекта вдува имеют ограниченное применение. В данном случае целесообразно использовать их лишь до определенного значения. При дальнейшем увеличении скорости подачи охладителя эффект вдува приводит к асимптотическому стремлению теплового потока к нулю. Если свойства вдуваемого газа и набегающего потока одинаковы то формула для расчета коэффициента трения упрощается. Поясним кратко сравнение расчетных и опытных данных т влиянию на трение вдува различных газов в турбулентный пограничный слой воздушного потока. Ниже всех располагаются данные для гелия, молекулярная масса которого минимальна. Некоторые особенности проявляются при вдуве через перфорированные поверхности. Требования к размеру и частоте перфорации, как пра вило, зависят от толщины пограничного слоя. Необходимо, чтобы диаметр отверстия, через которое вдувается охлаждающий газ, был меньше толщины слоя, а расстояние между соседними отверстиями и превышало 56. Как показали эксперименты, при турбулентном пограничном слое перфорированное охлаждение равнозначно пористому. Однако при больших расходах или более редкой перфорации эффективность перфорированного охлаждения оказывается ниже, чем пористого.
В заключение сравним эффективность массообменного (пористого и конвективного (трубчатого) охлаждения. Для последнего предположим идеальный вариант: бесконечно большой коэффициент теплоотдачи охлаждающей жидкости и отсутствие перепада температур в нагреваемой стенке, что позволяет считать энтальпию жидкости, протекающей в трубе, равной ее значению при температуре нагреваемой поверхности. Если в тех же тепловых условиях применить систему пористого охлаждения, то расход охладителя, требующийся для поддержания температуры внешней поверхности на том же уровне, окажется существенно меньше. Действительно, в данном случае тепловой баланс единичной поверхности пористой стенки может быть записан в следующем виде простой формулы, причем эффект вдува оценивается в линейном приближении, a потребный расход охладителя взят при массообменном способе охлаждения. Учитывая равенство подведенных извне тепловых потоков, а также допущение о постоянстве температур внешних поверхностей получим для отношения расходов. Итак, результаты сравнения показывают, что пористое или в общем случае массообменное охлаждение тем эффективнее, по сравнению с трубчатым, чем выше отношение перепада энтальпий в пограничном слое к энтальпийному напору внутри системы охлаждения, а также чем больше коэффициент вдува. При скорости полета около 8 км/с, когда энтальпия заторможенного газового потока превышает 40000 кДж/кг, приведенные выше расходы отличаются на порядок. Заметим, что массообменное охлаждение может быть реализовано не только в виде пористой стенки, но и с помощью разрушающихся материалов. Так для защиты сопловых блоков энергетических установок можно использовать вкладыши из тугоплавких материалов, пропитанные легкосублимирующими компонентами.
11 июля 2012
