Конвективное охлаждение

Рис. 4.8	Рис. 4.9

На рис. 4.8 приведена принципиальная схема организации конвективного охлаждения. Охлаждаемая стенка с коэффициентом теплопроводности l с одной стороны соприкасается с горячим газом, имеющим температуру T и коэффициент теплоотдачи , а с другой стороны омывается охладителем (жидким или газообразным) с температурой , который течет в специально спрофилированном канале при коэффициенте теплоотдачи . Параметры системы охлаждения должны обеспечивать тепловую защиту стенки в такой мере, чтобы её температура со стороны горячего газа T не превышала бы допустимого значения.

Считая стенку плоской, можно записать q = .

Тогда из формулы Ньютона получим = = .

Для оценки эффективности охлаждения используется параметр , называемый относительной глубиной охлаждения: = .

Значение показывает, в какой мере располагаемый температурный напор (Т использован для уменьшения температуры охлаждаемой стенки по сравнению с . Очевидно, что при = 0 охлаждения нет ( ), а при достигается предельная глубина охлаждения ( ). Подставив значение в формулу для , получим .

Из полученной формулы видно, что уменьшение температуры охлаждаемой стенки и рост относительной глубины охлаждения достигаются при понижении тепловых сопротивлений / и 1/ . Поэтому для улучшения теплового состояния стенки целесообразно уменьшать её толщину и применять материалы с высокой теплопроводностью при условии обеспечения их необходимой прочности и жаростойкости. К снижению температуры стенки приводит также увеличение коэффициента теплоотдачи . При вынужденном течении в каналах коэффициент теплоотдачи зависит от природы теплоносителя, плотности тока и значения эквивалентного диаметра канала. С помощью этих факторов можно воздействовать на коэффициент теплоотдачи .

Для повышения эффективности охлаждения на стенке со стороны охладителя могут располагаться ребра, штырьки или какие-то другие неровности. Для учёта этих особенностей в расчетные формулы вводится коэффициент k , называемый коэффициентом формы. Тогда эти формулы приобретают вид:

T , .

Значение коэффициента k определяется по геометрическим характеристикам стенки (для плоской оребрённой стенки, например, k ). В более сложных случаях используются результаты экспериментальных исследований.

Конвективное охлаждение используют для охлаждения:

- камер сгорания;

- дисков турбин;

- лопаток турбин;

- выходных устройств;

- блоков электро- и радиоаппаратуры;

- элементов л.а. и т.д.