Материалы, используемые в качестве поглотителей тепла

Материал	λ при 20ºС, Вт/(кг∙К)	С при 20ºС, кДж/(кг∙К)	Тпл, К	Qиспар, кДж/кг	ρпри 20ºС, кг/м^3
Медь		0,37
Алюминий		0,92
Железо		0,45
Молибден		0,25
Вольфрам		0,08
Бериллий		2,18
Графит		1,63			2290 теор.

Обозначения: λ – коэффициент теплопроводности; С – удельная теплоемкость; Т_пл – температура плавления; Q испар. – удельная теплота плавления; ρ – плотность вещества.

Среди газообразных охладителей наибольшей теплоемкостью обладает водород (С = 14,5 кДж/кг), на практике используются вода, спирт и т. п. (табл. 2). Расширить интервал допустимых тепловых потоков можно и за счет использования теплоты фазового превра­щения охладителя (испарения). Например, теплота испарения рас­плавленного лития составляет ~ 20 500 кДж/кг, он кипит при темпе­ратуре 1 590 К и давлении 10⁵ Па.

Конвективное охлаждение применяется в камерах жидкостных ракетных двигателей, плазмотронах и т. п.

Массообменный принцип поглощения тепла может быть реали­зован в виде пористого, пленочного или заградительного охлажде­ния. При вводе холодного газа или жидкости в пристеночный слой набегающего потока толщина его увеличивается, происходит оттес­нение горячего газа от охлаждаемой поверхности и интенсивность теплообмена снижается. Преимуществами данного способа можно считать сохранение внешнего вида поверхности, поддержание ее не­обходимой температуры.

Таблица 1

Свойства некоторых охладителей

Вещество	μ, кг/моль	Ср при 370 К, кДж/(кг∙К)
Водород		14,45
Гелий		5,20
Вода (пар)		2,14
Аммиак (NН3)		2,22
Азот		1,03
Воздух		1,00
Метиловый спирт		1,72
Аргон		0,52
Глицерин		2,40
С02		0,91

Обозначения: μ - молекулярная масса; Ср - удельная теплоемкость.

Пленочное охлаждение реализуется в случае, если температура стенки не превышает температуры кипения жидкости, но, в конеч­ном итоге, все будет определяться способом подвода тепла.

Наиболее эффективными охладителями являются вещества, обладающие максимальной удельной теплоемкостью и образую­щие газообразные продукты с минимальной молекулярной мас­сой. Эффективным способом тепловой защиты является порис­тое охлаждение.

В качестве охладителя для кромок крыльев и рулей в сверхзву­ковом потоке можно применять аммиак. Кроме охлаждения он еще и защищает от окисления, так как связывает кислород по реакции

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O.

В пористых материалах из тугоплавких металлов можно испо­льзовать Ag,Сu, Zn, HLi (гидрид лития). Так в сплавах АВМГ и ВНДС используются пористая вольфрамовая матрица и медь. Порис­тое охлаждение можно применять и в МГД – генераторах, теплооб­менных аппаратах и т. д.

Дата добавления: 2015-07-16