Ինչն է որոշում օդի տաքացումը: Օդի ջեռուցման համակարգեր: Zzայրամասի ջեռուցման մակերեսի նախնական հաշվարկը

Աերոդինամիկ տաքացում

օդում կամ այլ գազում մեծ արագությամբ շարժվող մարմինների տաքացում: Ա. Ն - արդյունքն այն բանի, որ մարմնի վրա հարձակվող օդի մոլեկուլները դանդաղում են մարմնի մոտ:

Եթե թռիչքը կատարվում է բերքի գերձայնային արագությամբ, ապա արգելակումը հիմնականում տեղի է ունենում հարվածային ալիքում (տես հարվածային ալիք) , հայտնվելով մարմնի դիմաց: Օդի մոլեկուլների հետագա դանդաղեցումը տեղի է ունենում անմիջապես մարմնի հենց մակերևույթում ՝ սահմանային շերտ (տես Սահմանային շերտ): Երբ օդի մոլեկուլները դանդաղում են, նրանց ջերմային էներգիան մեծանում է, այսինքն ՝ շարժվող մարմնի մակերևույթի մոտ գազի ջերմաստիճանը մեծացնում է այն առավելագույն ջերմաստիճանը, որին գազը կարող է տաքանալ շարժվող մարմնի մերձակայքում, մոտ է այսպես կոչվածին: արգելակման ջերմաստիճանը.

Տ 0 = Տ n + v 2/2c p,

որտեղ T n -մուտքի օդի ջերմաստիճանը, v -մարմնի թռիչքի արագությունը, գ էջ- գազի հատուկ ջերմություն `մշտական ճնշման տակ: Օրինակ, երբ գերձայնային ինքնաթիռը թռչում է ձայնի եռապատիկ արագությամբ (մոտ 1 կմ / վրկդանդաղեցման ջերմաստիճանը մոտ 400 ° C է, և երբ տիեզերանավը մտնում է Երկրի մթնոլորտ 1 -ին տիեզերական արագությամբ (8.1 կմ / վրկ) լճացման ջերմաստիճանը հասնում է 8000 ° C- ի: Եթե առաջին դեպքում, բավական երկար թռիչքի ընթացքում, ինքնաթիռի մաշկի ջերմաստիճանը հասնում է լճացման ջերմաստիճանին մոտ արժեքներին, ապա երկրորդ դեպքում տիեզերանավի մակերեսը անխուսափելիորեն կսկսի փլուզվել տանիքի անկարողության պատճառով: նյութեր, որոնք կարող են դիմակայել նման բարձր ջերմաստիճաններին:

Բարձր ջերմաստիճան ունեցող գազի տարածքներից ջերմությունը տեղափոխվում է շարժվող մարմին, իսկ A. n. Գոյություն ունի A. n- ի երկու ձև: - կոնվեկտիվ և ճառագայթում: Կոնվեկցիոն տաքացումը հետեւանք է `սահմանի շերտի արտաքին,« տաք »հատվածից մարմնի մակերես տեղափոխման: Կոնվեկտիվ ջերմության հոսքը քանակականորեն որոշվում է հարաբերակցությունից

q k = a(T e -Tվ),

որտեղ Տ ե -հավասարակշռության ջերմաստիճան (այն սահմանափակ ջերմաստիճանը, որի դեպքում մարմնի մակերեսը կարող է տաքացվել, եթե էներգիայի հեռացում չլինի), Տ w - իրական մակերևույթի ջերմաստիճանը, ա- գործակից կոնվեկտիվ ջերմության փոխանցում՝ կախված թռիչքի արագությունից և բարձրությունից, մարմնի ձևից և չափից, ինչպես նաև այլ գործոններից: Հավասարակշռության ջերմաստիճանը մոտ է լճացման ջերմաստիճանին: Գործակիցի կախվածության տեսակը աթվարկված պարամետրերից որոշվում է սահմանային շերտում հոսքի ռեժիմով (շերտային կամ տուրբուլենտային): Խառնաշփոթ հոսքի դեպքում կոնվեկտիվ տաքացումն ավելի ինտենսիվ է դառնում: Դա պայմանավորված է նրանով, որ բացի մոլեկուլային ջերմահաղորդականությունից, սահմանային շերտում արագության տուրբուլենտ տատանումները սկսում են կարևոր դեր խաղալ էներգիայի փոխանցման գործում:

Թռիչքի արագության բարձրացման հետ ցնցման ալիքի հետևում և սահմանային շերտում օդի ջերմաստիճանը մեծանում է, ինչը հանգեցնում է տարանջատման և իոնացման մոլեկուլները. Ստացված ատոմները, իոնները և էլեկտրոնները ցրվում են ավելի սառը շրջանում `մարմնի մակերեսին: Կա հակադարձ ռեակցիա (վերամիավորում) , գնում է ջերմության արտանետմամբ: Սա լրացուցիչ ներդրում է կատարում կոնվեկտիվ A. n.

Մոտ 5000 թռիչքի արագության հասնելուն պես մ / վրկհարվածային ալիքի հետևում գտնվող ջերմաստիճանը հասնում է այն արժեքների, որոնցով գազը սկսում է ճառագայթել: Բարձր ջերմաստիճան ունեցող տարածքներից էներգիայի ճառագայթային փոխանցման շնորհիվ մարմնի մակերես, տեղի է ունենում ճառագայթման տաքացում: Այս դեպքում ամենամեծ դերը կատարում է սպեկտրի տեսանելի և ուլտրամանուշակագույն շրջաններում ճառագայթումը: Երկրի մթնոլորտում առաջին տիեզերական արագությունից ցածր արագությամբ թռչելիս (8.1 կմ / վրկ) ճառագայթային տաքացումը փոքր է կոնվեկտիվ ջեռուցման համեմատ: Երկրորդ տիեզերական արագությամբ (11.2 կմ / վրկ) դրանց արժեքները դառնում են մոտ, իսկ թռիչքի արագությամբ `13-15 կմ / վրկև ավելի բարձր ՝ այլ մոլորակներ թռիչքներից հետո Երկիր վերադառնալուն համապատասխան, հիմնական ներդրումը կատարում է ճառագայթման տաքացումը:

A. n- ի հատկապես կարեւոր դերը: խաղում է, երբ տիեզերանավերը վերադառնում են Երկրի մթնոլորտ (օրինակ ՝ Վոստոկ, Վոսխոդ, Սոյուզ): Պայքարելու համար A. n. տիեզերանավերը հագեցած են հատուկ ջերմային պաշտպանության համակարգերով (տես. alերմային պաշտպանություն):

Լիտ.:Ավիացիայի և հրթիռային տեխնոլոգիայի ջերմության փոխանցման հիմունքները, Մ., 1960; Dorrens W.H., Hypersonic Viscous Gas Flows, թարգման. անգլերենից, Մ., 1966; Zel'dovich Ya.B., Raizer Yu.P., Շոկային ալիքների և բարձր ջերմաստիճանի հիդրոդինամիկ երևույթների ֆիզիկա, 2-րդ հրատ., Մոսկվա, 1966:

Ն.Ա. Անֆիմով.

Խորհրդային մեծ հանրագիտարան: - Մ .: Խորհրդային հանրագիտարան. 1969-1978 .

Տեսեք, թե ինչ է «Աերոդինամիկ տաքացում» -ը այլ բառարաններում.

Օդի կամ այլ գազի մեջ մեծ արագությամբ շարժվող մարմինների տաքացում: Ա. Ն արդյունքն այն բանի, որ մարմնի վրա հարձակվող օդի մոլեկուլները դանդաղում են մարմնի մոտ: Եթե թռիչքը կատարվում է գերձայնային ձայնով: արագություն, արգելակումը հիմնականում տեղի է ունենում շոկի ժամանակ ... ... Ֆիզիկական հանրագիտարան

Օդի մեջ մեծ արագությամբ շարժվող մարմնի տաքացում (գազ): Նկատելի աերոդինամիկ տաքացում է նկատվում, երբ մարմինը շարժվում է գերձայնային արագությամբ (օրինակ, երբ միջմայրցամաքային մարտագլխիկները բալիստիկ հրթիռներ) Էդվարտ. …… ineովային բառարան

աերոդինամիկ տաքացում- Գազային հոսքի մեջ մարմնի մակերեսի տաքացում, գազի միջավայրում շարժվելով բարձր արագությամբ `կոնվեկտիվի առկայության դեպքում, և հիպերսոնիկ արագությունների և ճառագայթման ջերմության փոխանակում գազի միջավայրի հետ սահմանային կամ հարվածային շերտում: [ԳՕՍՏ 26883 ... ... Տեխնիկական թարգմանչի ուղեցույց

Օդի կամ այլ գազերի մեծ արագությամբ շարժվող մարմնի ջերմաստիճանի բարձրացում: Աերոդինամիկ տաքացումը մարմնի մակերևույթի մոտ գազի մոլեկուլների դանդաղեցման արդյունք է: Այսպիսով, երբ տիեզերանավը մտնում է Երկրի մթնոլորտ 7,9 կմ / վ արագությամբ ... ... հանրագիտարանային բառարան

աերոդինամիկ տաքացում- aerodinaminis įšilimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kūnų, judančių dujose (ore) dideliu greičiu, paviršiaus ilimas. atitikmenys: անգլ. աերոդինամիկ ջեռուցման վոկ. aerodynamische Aufheizung, f rus. աերոդինամիկ տաքացում, մուրանք …… Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas- օդում կամ այլ գազերում մեծ արագությամբ շարժվող մարմնի ջերմաստիճանի բարձրացում: Ա. Եվ. մարմնի մակերևույթի մոտ գազի մոլեկուլների դանդաղեցման արդյունք: Այսպիսով, տիեզերքի մուտքի մոտ: տիեզերանավ Երկրի մթնոլորտ 7,9 կմ / վ արագությամբ, օդի արագությունը pa մակերեսին ... Բնական գիտություն. հանրագիտարանային բառարան

Հրթիռի կառուցվածքի աերոդինամիկ տաքացում- Հրթիռի մակերեսի տաքացում մթնոլորտի խիտ շերտերում մեծ արագությամբ դրա շարժման ընթացքում: Ա.Ն. - արդյունքն այն բանի, որ հրթիռին հարվածող օդի մոլեկուլները դանդաղում են նրա մարմնի մոտ: Այս դեպքում տեղի է ունենում կինետիկ էներգիայի անցում ... ... Ռազմավարական հրթիռային ուժերի հանրագիտարան

Concorde Concorde օդանավակայանում ... Վիքիպեդիա

- սարքեր, որոնք օգտագործվում են օդի ջեռուցման համար մատակարարման օդափոխման համակարգերում, օդորակման համակարգերում, օդի ջեռուցման, ինչպես նաև չորացման կայաններում:

Ըստ հովացուցիչ նյութի տեսակի, օդային ջեռուցիչները կարող են լինել կրակ, ջուր, գոլորշի և էլեկտրական .

Առավել տարածված են ներկայումս ջրի և գոլորշու տաքացուցիչները, որոնք բաժանված են հարթ խողովակի և շերտավոր: վերջիններս, իր հերթին, ստորաբաժանվում են շերտավոր և պարուրաձև վերքի:

Տարբերակվում է միակողմանի և բազմակողմանի տաքացուցիչների միջև: Միակողմանիորեն, հովացուցիչ նյութը շարժվում է խողովակների միջով մեկ ուղղությամբ, և բազմակողմանիորեն այն մի քանի անգամ փոխում է շարժման ուղղությունը `կոլեկտորային ծածկերում միջնապատերի առկայության պատճառով (նկ. XII.1):

Heեռուցիչները լինում են երկու մոդելի `միջին (C) եւ մեծ (B):

Օդը տաքացնելու համար ջերմության սպառումը որոշվում է բանաձևերով.

որտեղ Q »- օդի ջեռուցման ջերմության սպառումը, kJ / h (կկալ / ժ); Ք- նույնը, W; 0.278 - փոխակերպման գործակիցը kJ / h դեպի W; Գ- ջեռուցվող օդի զանգվածային քանակ, կգ / ժ, հավասար Lp [այստեղ Լ- ջեռուցվող օդի ծավալային քանակ, մ 3 / ժ; p - օդի խտությունը (ջերմաստիճանում տ Կ),կգ / մ 3]; հետ- օդի հատուկ ջերմային հզորություն ՝ հավասար 1 կJ / (կգ-Կ); t to - օդի ջերմաստիճանը ջեռուցիչից հետո, ° С; տ n- օդի ջերմաստիճանը ջեռուցիչից առաջ, ° С.

Heatingեռուցման առաջին փուլի ջեռուցիչների համար tn ջերմաստիճանը հավասար է արտաքին օդի ջերմաստիճանին:

Արտաքին օդի ջերմաստիճանը հավասար է հաշվարկված օդափոխությանը (A կատեգորիայի կլիմայի պարամետրերը), երբ նախագծում ենք ընդհանուր օդափոխություն, որը նախատեսված է ավելորդ խոնավության, ջերմության և գազերի դեմ պայքարելու համար, որոնց MPC- ն ավելի քան 100 մգ / մ 3 է: Գազերի դեմ պայքարի համար նախատեսված ընդհանուր օդափոխության նախագծման ժամանակ, որի առավելագույն թույլատրելի կոնցենտրացիան 100 մգ / մ 3 -ից պակաս է, ինչպես նաև մատակարարման օդափոխություն նախագծելիս `տեղական ներծծման, կափարիչների կամ օդաճնշական տրանսպորտային համակարգերի, արտաքին օդի ջերմաստիճանի միջոցով փոխհատուցվող օդի փոխհատուցման համար: ընդունվում է որպես հաշվարկված արտաքին ջերմաստիճանի հավասար ջերմաստիճան tn ջեռուցման նախագծման համար (B կատեգորիայի կլիմայական պարամետրեր):

Տվյալ սենյակի համար օդի ներքին ջերմաստիճանին հավասար ջերմաստիճանով օդը պետք է մատակարարվի սենյակ առանց ջերմության ավելցուկների: Heatերմային ավելցուկների առկայության դեպքում մատակարարվող օդը մատակարարվում է նվազեցված ջերմաստիճանով (5-8 ° C- ով): 10 ° C- ից ցածր ջերմաստիճան ունեցող օդը խորհուրդ չի տրվում սենյակ ներմուծել, նույնիսկ մրսածության հավանականության պատճառով զգալի ջերմության առաջացման դեպքում: Բացառություն են կազմում հատուկ անեմոստատների օգտագործման դեպքերը:

Օդի տաքացուցիչների Fк m2 ջեռուցման մակերեսի պահանջվող մակերեսը որոշվում է բանաձևով.

որտեղ Ք- օդի ջեռուցման ջերմության սպառումը, W (կկալ / ժ); Դեպի- ջեռուցիչի ջերմության փոխանցման գործակիցը, W / (մ 2 -Կ) [կկալ / (h -m 2 - ° C)]; t նկատի ունի Տ.- հովացուցիչ նյութի միջին ջերմաստիճանը `0 С; տ ավ. - ջեռուցիչից անցնող տաքացվող օդի միջին ջերմաստիճանը, ° С, հավասար է (t n + t k) / 2.

Եթե գոլորշին ծառայում է որպես ջերմության կրիչ, ապա ջերմակրի միջին ջերմաստիճանը tav.T. հավասար է հագեցվածության ջերմաստիճանին համապատասխան գոլորշու ճնշման տակ:

Forրի համար ջերմաստիճանը tav.T. սահմանվում է որպես տաք և վերադարձվող ջրի ջերմաստիճանների թվաբանական միջին.

Անվտանգության գործոնը 1.1-1.2 հաշվի է առնում ջերմային կորուստը օդատար խողովակներում օդը սառեցնելու համար:

Heatեռուցիչների ջերմության փոխանցման գործակիցը կախված է ջերմակրի տեսակից, տաքացուցիչի միջոցով օդի շարժման արագության զանգվածից, ջեռուցիչների երկրաչափական չափերից և նախագծման առանձնահատկություններից, ջեռուցման խողովակներով ջրի շարժման արագությունից:

Massանգվածային արագությունը հասկացվում է որպես օդի զանգված, կգ, որը անցնում է 1 վրկ օդային ջեռուցիչի ազատ տարածքի 1 մ 2 -ով: Massանգվածային արագությունը vp, կգ / (սմ 2) որոշվում է բանաձևով

Modelեռուցիչների մոդելը, ապրանքանիշը եւ քանակը ընտրվում են ազատ խաչմերուկի fL տարածքի եւ ջեռուցման մակերեսի FK- ի հիման վրա: Օդատաքացուցիչներ ընտրելուց հետո զանգվածային օդի արագությունը որոշվում է ՝ ըստ այս մոդելի օդափոխիչի fD օդի հոսքի տարածքի իրական տարածքի.

որտեղ A, A 1, n, n 1 և Տ- գործակիցներ և ցուցիչներ `կախված ջեռուցիչի նախագծից

Movementեռուցիչ ω, մ / վ խողովակներում ջրի շարժման արագությունը որոշվում է բանաձեւով.

որտեղ Q "օդի տաքացման ջերմության սպառումն է, kJ / h (կկալ / ժ); pw ջրի խտությունը հավասար է 1000 կգ / մ 3, sv` ջրի հատուկ ջերմային հզորությունը `հավասար 4.19 կJ / (կգ- K); fTP- ն ազատ խաչմերուկային տարածք է հովացուցիչ նյութի անցման համար, m2, tg - ջերմաստիճան տաք ջուրմատակարարման գծում, ° С; t 0 - վերադարձ ջրի ջերմաստիճանը, 0С:

Օդային ջեռուցիչների ջերմության փոխանցումը ազդում է խողովակաշարերի սխեմայի վրա: Խողովակաշարերի միացման զուգահեռ սխեմայով, հովացուցիչի միայն մի մասն է անցնում առանձին տաքացուցիչով, իսկ հաջորդական միացումով `հովացուցիչի ամբողջ հոսքը անցնում է յուրաքանչյուր տաքացուցիչի միջով:

Օդի տաքացուցիչների դիմադրությունը օդի p, Pa անցման նկատմամբ արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով.

որտեղ B և z են գործակիցը և ցուցիչը, որոնք կախված են ջեռուցիչի նախագծից:

Հաջորդաբար տեղակայված ջեռուցիչների դիմադրությունը հավասար է.

որտեղ m է հաջորդաբար տեղակայված տաքացուցիչների թիվը: Հաշվարկն ավարտվում է օդի տաքացուցիչների ջերմության թողարկման (ջերմափոխանակման) ստուգմամբ `ըստ բանաձևի

որտեղ QK - տաքացուցիչներից ջերմության փոխանցում, W (կկալ / ժ); QK - նույնը, kJ / h, 3.6 - W- ի փոխակերպման գործակիցը kJ / h FK - ջեռուցիչների ջեռուցման մակերեսը, m2, վերցված այս տեսակի ջեռուցիչների հաշվարկման արդյունքում. K- ջեռուցիչների ջերմության փոխանցման գործակիցը, W / (m2-K) [կկալ / (h-m2- ° C)]; tср.в - տաքացուցիչի միջով անցնող տաքացվող օդի միջին ջերմաստիճանը, ° С; tcr Т- հովացուցիչի միջին ջերմաստիճանը, ° С.

Heatեռուցիչներ ընտրելիս ջեռուցման մակերեսի հաշվարկված տարածքի պահուստը վերցվում է 15 - 20%-ի սահմաններում, օդի անցման դիմադրության համար `10%և ջրի շարժման դիմադրության համար` 20%:

Մարդկությունը գիտի էներգիայի մի քանի տեսակներ ՝ մեխանիկական էներգիա (կինետիկ և պոտենցիալ), ներքին էներգիա (ջերմային), դաշտային էներգիա (գրավիտացիոն, էլեկտրամագնիսական և միջուկային), քիմիական: Առանձին -առանձին, արժե առանձնացնել պայթյունի էներգիան, ...

Վակուումի էներգիան և դեռ գոյություն ունի միայն տեսականորեն `մութ էներգիա: Այս հոդվածում, որն առաջինն է «atերմային ինժեներություն» վերնագրում, ես կփորձեմ պարզ և մատչելի լեզվով ՝ գործնական օրինակով, խոսել մարդկանց կյանքում էներգիայի ամենակարևոր ձևի մասին. ջերմային էներգիաև ժամանակին նրան ծննդաբերելու մասին ջերմային հզորություն.

Մի քանի խոսք `ջերմային ճարտարագիտության տեղը հասկանալու համար` որպես ջերմային էներգիայի ստացման, փոխանցման և օգտագործման գիտության ճյուղ: Heatամանակակից ջերմատեխնիկան առաջացել է ընդհանուր թերմոդինամիկայից, որն իր հերթին ֆիզիկայի ճյուղերից մեկն է: Թերմոդինամիկան բառացիորեն «տաք» գումարած «ուժ» է: Այսպիսով, ջերմադինամիկան համակարգի «ջերմաստիճանը փոխելու» գիտություն է:

Արտաքինից համակարգի վրա ազդեցությունը, որի ընթացքում փոխվում է նրա ներքին էներգիան, կարող է լինել ջերմության փոխանցման արդյունք: Rmերմային էներգիա, որը ձեռք է բերվում կամ կորցնում է համակարգը շրջակա միջավայրի հետ նման փոխազդեցության արդյունքում, կոչվում է ջերմության քանակըև չափվում է Iոուլում SI միավորներով:

Եթե դուք ջեռուցման ինժեներ չեք և ամեն օր չեք զբաղվում ջերմատեխնիկայի հարցերով, ապա դրանց հանդիպելիս, երբեմն առանց փորձի, շատ դժվար է դրանք արագ հասկանալը: Դժվար է, առանց փորձի, պատկերացնել նույնիսկ ջերմության և ջերմային էներգիայի քանակի որոնվող արժեքների ծավալայնությունը: Քանի՞ ջոուլ էներգիա է անհրաժեշտ 1000 խորանարդ մետր օդը -37˚C ջերմաստիճանից մինչև + 18˚C տաքացնելու համար: ... Որքա՞ն է ջերմության աղբյուրի ուժը դա 1 ժամում անելու համար: դժվարին հարցերԱյսօր ոչ բոլոր ինժեներներն են ի վիճակի պատասխանել «ուղղակի»: Երբեմն մասնագետները նույնիսկ հիշում են բանաձևերը, բայց քչերն են կարող դրանք կիրառել գործնականում:

Այս հոդվածը մինչև վերջ կարդալուց հետո կարող եք հեշտությամբ լուծել իրական արդյունաբերական և կենցաղային խնդիրները, որոնք կապված են տարբեր նյութերի ջեռուցման և հովացման հետ: Heatերմափոխանակման գործընթացների ֆիզիկական էությունը և պարզ հիմնական բանաձևերի իմացությունը ջերմային ճարտարագիտության մեջ գիտելիքների հիմքում ընկած հիմնական բլոկներն են:

Heatերմության քանակը տարբեր ֆիզիկական գործընթացներում:

Հայտնի նյութերի մեծ մասը կարող է տարբեր ջերմաստիճաններև ճնշումը լինի պինդ, հեղուկ, գազային կամ պլազմայի վիճակում: Անցումագրեգացման մի վիճակից մյուսը տեղի է ունենում մշտական ջերմաստիճանում(պայմանով, որ ճնշումը և այլ պարամետրերը չեն փոխվի միջավայրը) և ուղեկցվում է ջերմային էներգիայի կլանմամբ կամ արտազատմամբ: Չնայած այն բանին, որ Տիեզերքում նյութի 99% -ը գտնվում է պլազմայի վիճակում, մենք այս հոդվածում չենք դիտարկի այս համախմբման վիճակը:

Հաշվի առեք նկարում ներկայացված գրաֆիկը: Այն ցույց է տալիս նյութի ջերմաստիճանի կախվածությունը Տջերմության քանակի վրա Ք, բերված է որոշակի փակ համակարգ, որը պարունակում է որոշակի նյութի որոշակի զանգված:

1. Պինդ մարմին ջերմաստիճանով T1, տաքացնել մինչև ջերմաստիճանը Տմ, այս գործընթացի վրա ծախսելով ջերմության հավասար քանակություն Q1 .

2. Հաջորդը, սկսվում է հալման գործընթացը, որը տեղի է ունենում մշտական ջերմաստիճանում: TPL(հալման ջերմաստիճանը). Պինդ մարմնի ամբողջ զանգվածը հալեցնելու համար անհրաժեշտ է ջերմային էներգիա ծախսել մի քանակությամբ Q2 - Q1 .

3. Հաջորդը, պինդ հալման արդյունքում առաջացած հեղուկը տաքացվում է մինչև եռման կետը (գազի առաջացում) Տկպ, ծախսելով այս քանակությամբ ջերմություն, որը հավասար է Q3-Q2 .

4. Այժմ անընդհատ եռման կետում Տկպհեղուկը եռում և գոլորշիանում է ՝ վերածվելով գազի: Հեղուկի ամբողջ զանգվածը գազի վերածելու համար անհրաժեշտ է ծախսել ջերմային էներգիաքանակով Q4-Q3.

5. Վերջին փուլում գազը տաքանում է ջերմաստիճանից Տկպմինչև որոշակի ջերմաստիճան T2... Այս դեպքում ջերմության քանակի արժեքը կլինի Q5-Q4... (Եթե գազը տաքացնենք իոնացման ջերմաստիճանի, ապա գազը վերածվում է պլազմայի):

Այսպիսով, ջեռուցելով սկզբնական պինդ ջերմաստիճանը T1ջերմաստիճանի նկատմամբ T2մենք ծախսել ենք ջերմային էներգիա չափով Q5, փոխանցելով նյութը երեք ագրեգացիոն վիճակների միջոցով:

Շարժվելով հակառակ ուղղությամբ ՝ նյութից նույն քանակությամբ ջերմություն կհեռացնենք: Q5, անցնելով ջերմաստիճանից խտացման, բյուրեղացման և հովացման փուլերով T2ջերմաստիճանի նկատմամբ T1... Իհարկե, մենք դիտարկում ենք փակ համակարգ ՝ առանց արտաքին միջավայրի էներգիայի կորստի:

Նկատի ունեցեք, որ պինդ վիճակից գազային վիճակի անցում հնարավոր է ՝ շրջանցելով հեղուկ փուլը: Նման գործընթացը կոչվում է սուբլիմացիա, իսկ հակադարձ գործընթացը `ապաբուլիմացիա:

Այսպիսով, նրանք հասկացան, որ նյութի ագրեգացման վիճակների միջև անցումների գործընթացները բնութագրվում են մշտական ջերմաստիճանում էներգիայի սպառմամբ: Երբ նյութը տաքանում է, որը գտնվում է ագրեգացման մեկ մշտական վիճակում, ջերմաստիճանը բարձրանում է, և ջերմային էներգիան նույնպես սպառվում է:

Heatերմափոխանակության հիմնական բանաձեւերը:

Բանաձեւերը շատ պարզ են:

Heatերմության քանակը Ք J- ում հաշվարկվում է բանաձևերով.

1. heatերմային սպառման, այսինքն `բեռնվածքի կողմից.

1.1. Heatingեռուցման (սառեցման) ժամանակ.

Ք = մ * գ * (T2-T1)

մ – նյութի զանգվածը կգ -ով

հետ - J / (կգ * Կ) նյութի հատուկ ջերմային հզորություն

1.2. Հալվելիս (սառեցնելիս).

Ք = մ * λ

λ – J / kg- ում նյութի միաձուլման և բյուրեղացման հատուկ ջերմություն

1.3. Եռացում, գոլորշիացում (խտացում).

Ք = մ * ռ

ռ – նյութի գազի ձևավորման և խտացման հատուկ ջերմություն J / կգ

2. Theերմարտադրության կողմից, այսինքն `աղբյուրի կողմից.

2.1. Վառելիքի այրման ընթացքում.

Ք = մ * ք

ք – վառելիքի այրման հատուկ ջերմություն J / կգ

2.2. Էլեկտրաէներգիան ջերմային էներգիայի վերածելիս (ouոուլ-Լենզի օրենք).

Q = t * I * U = t * R * I ^ 2 = (t / Ռ)* U ^ 2

տ – ժամանակը ս

Ես – արդյունավետ հոսանք Ա

U – արդյունավետ լարման արժեքը V- ում

Ռ – բեռի դիմադրություն ohms- ում

Մենք եզրակացնում ենք, որ ջերմության քանակը ուղիղ համեմատական է նյութի զանգվածին բոլոր փուլային փոխակերպումների ընթացքում և, երբ ջեռուցվում է, լրացուցիչ ուղղակիորեն համամասնական է ջերմաստիճանի տարբերությանը: Համաչափության գործակիցները ( գ , λ , ռ , ք ) քանի որ յուրաքանչյուր նյութ ունի իր սեփական արժեքները և որոշվում է էմպիրիկ կերպով (վերցված տեղեկատու գրքերից):

Երմային հզորություն Ն W- ում որոշակի ժամանակ համակարգին փոխանցվող ջերմության քանակն է.

N = Q / t

Որքան արագ մենք ուզում ենք մարմինը տաքացնել որոշակի ջերմաստիճանի, այնքան ավելի շատ էներգիա պետք է ունենա ջերմային էներգիայի աղբյուրը. Ամեն ինչ տրամաբանական է:

Excel- ում կիրառական խնդրի հաշվարկ:

Կյանքում հաճախ անհրաժեշտ է արագ գնահատման հաշվարկ կատարել `հասկանալու համար, թե արդյո՞ք իմաստ ունի շարունակել թեման ուսումնասիրելը, նախագիծ կազմելը և մանրամասն ճշգրիտ աշխատատար հաշվարկներ: Մի քանի րոպեում հաշվարկ կատարելով, նույնիսկ ± 30%ճշգրտությամբ, կարող եք կառավարման կարևոր որոշում կայացնել, որը կլինի 100 անգամ ավելի էժան և 1000 անգամ ավելի գործառնական և, որպես արդյունք, 100,000 անգամ ավելի արդյունավետ, քան ճշգրիտ կատարելը հաշվարկը մեկ շաբաթվա ընթացքում, հակառակ դեպքում և մեկ ամսվա ընթացքում, մի խումբ թանկարժեք մասնագետների կողմից ...

Խնդրի պայմանները.

24 մ x 15 մ x 7 մ չափսերով մետաղի գլանվածք պատրաստելու արհեստանոցի տարածքում մենք փողոցում գտնվող պահեստից ներմուծում ենք 3 տոննա մետաղական արտադրանք: Գլորված մետաղն ունի սառույց ՝ 20 կգ ընդհանուր քաշով: Փողոցում -37˚С: Որքա՞ն ջերմություն է անհրաժեշտ մետաղը տաքացնելու համար + 18˚С; տաքացնել սառույցը, հալեցնել այն և ջուրը տաքացնել մինչև + 18˚С; տաքացնել սենյակի ամբողջ օդի ծավալը `ենթադրելով, որ ջեռուցումն ամբողջությամբ անջատված էր նախկինում: Ինչ հզորություն պետք է ունենա ջեռուցման համակարգը, եթե վերը նշված բոլորը պետք է կատարվեն 1 ժամվա ընթացքում: (Շատ դաժան և գրեթե անիրատեսական պայմաններ, հատկապես երբ խոսքը վերաբերում է օդին):

Մենք հաշվարկը կկատարենք ծրագրումMS Excel կամ ծրագրումOOo հաշվարկ.

Բջիջների և տառատեսակների գունավոր ձևաչափման համար տե՛ս էջը "":

Նախնական տվյալներ.

1. Մենք գրում ենք նյութերի անունները.

դեպի բջիջ D3: Պողպատե

դեպի բջիջ E3: Սառույց

դեպի բջիջ F3: Սառույց / ջուր

դեպի բջիջ G3: Ուր

դեպի բջիջ G3: Օդը

2. Մենք մուտքագրում ենք գործընթացների անունները.

մեջ բջիջների D4, E4, G4, G4: ջերմություն

դեպի բջիջ F4: հալեցում

3. Նյութերի հատուկ ջերմություն գ J / (կգ * Կ) գրում ենք համապատասխանաբար պողպատի, սառույցի, ջրի և օդի համար

դեպի բջիջ D5: 460

դեպի բջիջ E5: 2110

դեպի բջիջ G5: 4190

դեպի բջիջ H5: 1005

4. Սառույցի հալման հատուկ ջերմություն λ J / կգ -ով մտնում ենք

դեպի բջիջ F6: 330000

5. Նյութերի զանգված մկգ -ով, համապատասխանաբար, մտնում ենք պողպատի և սառույցի համար

դեպի բջիջ D7: 3000

դեպի բջիջ E7: 20

Քանի որ զանգվածը չի փոխվում, երբ սառույցը վերածվում է ջրի, ապա

F7 և G7 բջիջներում ՝ = E7 =20

Մենք գտնում ենք օդի զանգվածը `ըստ սենյակի ծավալի արտադրյալի` ըստ հատուկ ծանրության

H7 բջիջում `= 24 * 15 * 7 * 1.23 =3100

6. Գործընթացի ժամանակը տրոպեում մենք միայն մեկ անգամ ենք գրում պողպատի համար

դեպի բջիջ D8: 60

Սառույցը տաքացնելու, այն հալեցնելու և արդյունքում առաջացած ջուրը տաքացնելու ժամանակը հաշվարկվում է այն հիմքով, որ այս երեք գործընթացները պետք է ավարտվեն միևնույն ժամանակում, որը հատկացված է մետաղի տաքացման համար: Կարդում ենք համապատասխանաբար

E8 բջիջում ՝ = E12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =9,7

F8 բջիջում ՝ = F12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =41,0

G8 բջիջում. = G12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =9,4

Օդը նույնպես պետք է տաքանա նույն հատկացված ժամանակահատվածում, կարդացեք

H8 բջիջում `= D8 =60,0

7. Բոլոր նյութերի սկզբնական ջերմաստիճանը Տ1 ˚C- ում մտնում ենք

դեպի բջիջ D9: -37

դեպի բջիջ E9: -37

դեպի բջիջ F9: 0

դեպի բջիջ G9: 0

դեպի բջիջ H9: -37

8. Բոլոր նյութերի վերջնական ջերմաստիճանը Տ2 ˚C- ում մտնում ենք

դեպի բջիջ D10: 18

դեպի բջիջ E10: 0

դեպի բջիջ F10: 0

դեպի բջիջ G10: 18

դեպի բջիջ H10: 18

Կարծում եմ, որ 7 -րդ և 8 -րդ կետերի վերաբերյալ հարցեր չպետք է լինեն:

Հաշվարկի արդյունքները.

9. Heatերմության քանակը Ք KJ- ում մենք հաշվարկում ենք յուրաքանչյուր գործընթացի համար պահանջվողը

D12 խցում պողպատի ջեռուցման համար. = D7 * D5 * (D10-D9) / 1000 =75900

E12 խցիկում սառույցը տաքացնելու համար ՝ = E7 * E5 * (E10-E9) / 1000 = 1561

F12 բջիջում սառույցը հալեցնել. = F7 * F6 / 1000 = 6600

G12 խցում ջրի ջեռուցման համար. = G7 * G5 * (G10-G9) / 1000 = 1508

H12 խցում օդը տաքացնելու համար. = H7 * H5 * (H10-H9) / 1000 = 171330

Մենք կարդում ենք բոլոր գործընթացների համար պահանջվող ջերմային էներգիայի ընդհանուր քանակը

միավորված բջիջում D13E13F13G13H13: = SUM (D12: H12) = 256900

D14, E14, F14, G14, H14 բջիջներում և D15E15F15G15H15 բջիջներում ջերմության քանակը տրվում է չափման աղեղային միավորում ՝ Gcal (գիգա կալորիաներով):

10. Երմային հզորություն ՆկՎտ -ով, հաշվարկվում է գործընթացներից յուրաքանչյուրի համար անհրաժեշտ

D16 խցում պողպատի ջեռուցման համար. = D12 / (D8 * 60) =21,083

E16 խցում սառույցը տաքացնելու համար. = E12 / (E8 * 60) = 2,686

F16 բջիջում սառույցը հալեցնել. = F12 / (F8 * 60) = 2,686

G16 խցում ջրի ջեռուցման համար. = G12 / (G8 * 60) = 2,686

H16 խցում օդը տաքացնելու համար. = H12 / (H8 * 60) = 47,592

Ընդհանուր ջերմային հզորությունը, որն անհրաժեշտ է բոլոր գործընթացները ժամանակին ավարտելու համար տհաշվարկված

միավորված բջիջում D17E17F17G17H17: = D13 / (D8 * 60) = 71,361

D18, E18, F18, G18, H18 բջիջներում և D19E19F19G19H19 խցում ջերմային հզորությունը տրվում է չափման աղեղային միավորի մեջ `Gcal / ժամում:

Սա ավարտում է հաշվարկը Excel- ում:

Եզրակացություններ.

Նկատի ունեցեք, որ օդի ջեռուցման համար անհրաժեշտ է ավելի քան երկու անգամ ավելի շատ էներգիա, քան պողպատի նույն զանգվածը տաքացնելը:

Heatingուրը տաքացնելիս էներգիայի սպառումը կրկնակի ավելի է, քան սառույցը տաքացնելիս: Հալման գործընթացը շատ անգամ ավելի շատ էներգիա է սպառում, քան ջեռուցման գործընթացը (ջերմաստիճանի փոքր տարբերությամբ):

Atingեռուցման ջուրը տասը անգամ ավելի շատ ջերմային էներգիա է սպառում, քան պողպատը տաքացնելը և չորս անգամ ավելի, քան օդը տաքացնելը:

Համար ստանալով տեղեկատվություն նոր հոդվածների թողարկման վերաբերյալ և հանուն աշխատանքային ծրագրի ֆայլերի ներբեռնում Ես խնդրում եմ ձեզ բաժանորդագրվել հոդվածի վերջում տեղադրված պատուհանում կամ էջի վերևում գտնվող պատուհանում:

Ձեր էլ. Փոստի հասցեն մուտքագրելուց և «Ստանալ հոդվածի հայտարարություններ» կոճակը սեղմելուց հետո ՉՄՈՌԱՆԱՍ ՀԱՍՏԱՏԵԼ ԲԱUBԱՆՈՐԴԱԳՐՎԵԼ կտտացնելով հղմանը նամակում, որը անմիջապես ձեզ կուղարկվի նշված փոստին (երբեմն `թղթապանակին) « Սպամ » )!

Մենք հիշեցինք «ջերմության քանակ» և «ջերմային հզորություն» հասկացությունները, դիտարկեցինք ջերմության փոխանցման հիմնական բանաձևերը և վերլուծեցինք գործնական օրինակը: Հուսով եմ, որ իմ լեզուն պարզ էր, պարզ և հետաքրքիր:

Ես սպասում եմ հոդվածի վերաբերյալ հարցերի և մեկնաբանությունների:

աղաչում եմ ՀԱՐԳԵԼ հեղինակի աշխատանքի ներբեռնման ֆայլ Բաժանորդագրությունից հետո հոդվածների հայտարարությունների համար:

1940-1950-ականների վերջին կատարված հետազոտությունները հնարավորություն տվեցին մշակել մի շարք աերոդինամիկ և տեխնոլոգիական լուծումներ, որոնք ապահովում են ձայնային պատնեշի անվտանգ անցումը նույնիսկ սերիական ինքնաթիռների կողմից: Հետո թվում էր, որ ձայնային պատնեշի նվաճումը թռիչքի արագության հետագա բարձրացման անսահմանափակ հնարավորություններ է ստեղծում: Ընդամենը մի քանի տարվա ընթացքում թռիչք կատարեց մոտ 30 տեսակի գերձայնային ինքնաթիռ, որոնցից զգալի մասը դրվեց զանգվածային արտադրության:

Օգտագործված լուծումների բազմազանությունը հանգեցրեց այն բանին, որ գերձայնային արագությամբ թռիչքների հետ կապված բազմաթիվ խնդիրներ համակողմանիորեն ուսումնասիրվել և լուծվել են: Այնուամենայնիվ, նոր խնդիրներ առաջացան ՝ շատ ավելի բարդ, քան ձայնային պատնեշը: Դրանք առաջանում են կառույցի տաքացումից: Ինքնաթիռերբ բարձր արագությամբ թռչում է մթնոլորտի խիտ շերտերում: Այս նոր խոչընդոտը ժամանակին կոչվում էր ջերմային պատնեշ: Ի տարբերություն ձայնային պատնեշի, նոր պատնեշը չի կարող բնութագրվել հաստատունով, որը նման է ձայնի արագությանը, քանի որ այն կախված է ինչպես թռիչքի պարամետրերից (արագություն և բարձրություն), այնպես էլ օդային շրջանակի ձևավորումից (նախագծման լուծումներ և օգտագործվող նյութեր), և օդանավերի սարքավորումներ (օդորակման, հովացման համակարգեր և այլն): ԱՎS): Այսպիսով, «ջերմային պատնեշ» հասկացությունը ներառում է ոչ միայն կառույցի վտանգավոր ջեռուցման խնդիրը, այլև այնպիսի հարցեր, ինչպիսիք են ջերմության փոխանցումը, նյութերի ամրության հատկությունները, նախագծման սկզբունքները, օդորակումը և այլն:

Թռիչքի ժամանակ ինքնաթիռի տաքացումը տեղի է ունենում հիմնականում երկու պատճառով `օդի հոսքի աերոդինամիկ դանդաղեցումից և շարժիչ համակարգի ջերմային արտանետումից: Այս երկու երևույթներն էլ հանդիսանում են շրջակա միջավայրի (օդի, արտանետվող գազերի) և ուղղորդվածի փոխազդեցության գործընթացը պինդ մարմին(ինքնաթիռով, շարժիչով): Երկրորդ երևույթը բնորոշ է բոլոր ինքնաթիռներին, և դա կապված է շարժիչի կառուցվածքային տարրերի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, որոնք ջերմություն են ստանում կոմպրեսորում սեղմված օդից, ինչպես նաև պալատի և արտանետվող խողովակի այրման արտադրանքից: Բարձր արագությամբ թռչելիս ինքնաթիռի ներքին տաքացումը տեղի է ունենում նաև կոմպրեսորի դիմաց օդային ալիքում դանդաղեցված օդից: Flyingածր արագությամբ թռչելիս շարժիչով անցնող օդը համեմատաբար ցածր ջերմաստիճան ունի, որի արդյունքում չի կատարվում օդային շրջանակի կառուցվածքային տարրերի վտանգավոր տաքացում: Թռիչքի բարձր արագության դեպքում օդային շրջանակի կառուցվածքի տաքացման սահմանափակումը շարժիչի տաք տարրերից ապահովվում է ցածր ջերմաստիճանի օդի լրացուցիչ հովացման միջոցով: Սովորաբար, օդը օգտագործվում է, որը հանվում է օդի ընդունումից ՝ սահմանային շերտը բաժանող ուղեցույցի միջոցով, ինչպես նաև մթնոլորտից կլանված օդը ՝ օգտագործելով լրացուցիչ մուտքեր, որոնք տեղակայված են շարժիչի սոսնձի մակերեսին: Երկշղթայական շարժիչներում արտաքին (սառը) միացումից օդը օգտագործվում է նաև հովացման համար:

Այսպիսով, գերձայնային ինքնաթիռների ջերմային պատնեշի մակարդակը որոշվում է արտաքին աերոդինամիկ տաքացմամբ: Օդի հոսքի մեջ մակերեսի տաքացման ինտենսիվությունը կախված է թռիչքի արագությունից: Lowածր արագությամբ այս ջեռուցումն այնքան աննշան է, որ ջերմաստիճանի բարձրացումը կարող է հաշվի չառնվել: Բարձր արագությամբ օդի հոսքը ունի բարձր կինետիկ էներգիա, և, հետևաբար, ջերմաստիճանի բարձրացումը կարող է զգալի լինել: Սա վերաբերում է նաև ինքնաթիռի ներսում գտնվող ջերմաստիճանին, քանի որ օդի ընդունման մեջ դանդաղեցված և շարժիչի կոմպրեսորում սեղմված գերարագ հոսքն այնքան է տաքանում, որ այն չի կարողանում շոգին հեռացնել շարժիչի տաք մասերից:

Օդանավի մաշկի ջերմաստիճանի բարձրացումն աերոդինամիկ տաքացման արդյունքում առաջանում է ինքնաթիռի շուրջը հոսող օդի մածուցիկության, ինչպես նաև առջևի մակերեսների վրա դրա սեղմման պատճառով: Մածուցիկ շփման արդյունքում սահմանային շերտում օդի մասնիկների կողմից արագության կորստի պատճառով բարձրանում է ինքնաթիռի ամբողջ պարզեցված մակերևույթի ջերմաստիճանը: Օդի սեղմման արդյունքում ջերմաստիճանը բարձրանում է, այնուամենայնիվ, միայն տեղական մակարդակում (սա հիմնականում ֆյուզելյաժի քիթն է, օդաչուի խցիկի առջևը և հատկապես թևի և էմպենաժի առաջատար եզրերը), բայց ավելի հաճախ այն հասնում է այն արժեքներին, որոնք անապահով են կառուցվածքի համար: Այս դեպքում, որոշ տեղերում նկատվում է օդի հոսքի գրեթե անմիջական ազդեցություն մակերեսի հետ և ամբողջական դինամիկ արգելակման: Էներգիայի պահպանման սկզբունքի համաձայն, հոսքի ամբողջ կինետիկ էներգիան վերածվում է ջերմության և ճնշման էներգիայի: Temperatureերմաստիճանի համապատասխան աճը ուղիղ համեմատական է դանդաղումից առաջ հոսքի արագության քառակուսուն (կամ, առանց քամու, ինքնաթիռի արագության քառակուսու) և հակադարձ համեմատական թռիչքի բարձրության հետ:

Տեսականորեն, եթե հոսքը կայուն է, եղանակը հանգիստ է և անամպ, և ճառագայթման միջոցով ջերմության փոխանցում չկա, ապա ջերմությունը չի ներթափանցում կառույցի մեջ, իսկ մաշկի ջերմաստիճանը մոտ է այսպես կոչված ադիաբատիկ արգելակման ջերմաստիճանին: Նրա կախվածությունը Մախի համարից (արագությունը և թռիչքի բարձրությունը) տրված է աղյուսակում: 4

Իրական պայմաններում, աերոդինամիկ տաքացումից ինքնաթիռի մաշկի ջերմաստիճանի բարձրացումը, այսինքն `դանդաղեցման և շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի միջև եղած տարբերությունը որոշ չափով ավելի փոքր է դառնում` հարակից կառուցվածքային միջավայրի (ճառագայթման) միջոցով ջերմության փոխանակման պատճառով: տարրեր և այլն միայն ինքնաթիռի դուրս ցցված մասերում գտնվող այսպես կոչված կրիտիկական կետերում, իսկ մաշկի վրա ջերմության հոսքը նույնպես կախված է օդի սահմանային շերտի բնույթից (դա ավելի ինտենսիվ է փոթորկոտ սահմանային շերտի համար) . Temperatureերմաստիճանի զգալի նվազում է տեղի ունենում նաև ամպերի միջով թռչելիս, հատկապես, երբ դրանք պարունակում են գերսառած ջրի կաթիլներ և սառույցի բյուրեղներ: Թռիչքի նման պայմանների համար ենթադրվում է, որ կրիտիկական կետում մաշկի ջերմաստիճանի նվազումը տեսական լճացման ջերմաստիճանի համեմատ կարող է հասնել նույնիսկ 20-40%-ի:

Աղյուսակ 4. Մաշկի ջերմաստիճանի կախվածությունը Մախի համարից

Այնուամենայնիվ, գերձայնային արագությամբ թռչող ինքնաթիռի ընդհանուր տաքացումը (հատկապես ցածր բարձրությունների վրա) երբեմն այնքան բարձր է, որ օդակայանի և սարքավորումների առանձին տարրերի ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է դրանց ոչնչացման, կամ, առնվազն, անհրաժեշտ է փոխել թռիչքի ռեժիմը: Օրինակ ՝ ավելի քան 21 000 մ բարձրությունների վրա M = 3 արագությամբ թռիչքներում KhV-70A ինքնաթիռը հետազոտելիս, օդի ընդունման և թևի առաջատար եզրերի ջերմաստիճանը 580-605 Կ էր, իսկ մնացած մաշկը կազմում էր 470-500 Կ. մինչև այսպիսի մեծ արժեքները կարելի է լիովին գնահատել, եթե հաշվի առնենք այն փաստը, որ նույնիսկ մոտ 370 Կ ջերմաստիճանի դեպքում օրգանական ապակին փափկվում է, որը սովորաբար օգտագործվում է ապակեպատման խցիկների համար, վառելիք է եռում , իսկ սովորական սոսինձը կորցնում է ուժը: 400 K- ում, duralumin- ի ուժը զգալիորեն նվազում է, 500 K- ում հիդրավլիկ համակարգում աշխատանքային հեղուկի քիմիական տարրալուծում և կնիքների ոչնչացում, 800 K տիտանի համաձուլվածքները կորցնում են անհրաժեշտ մեխանիկական հատկությունները, 900 K- ից բարձր ալյումինի և մագնեզիումի ջերմաստիճանում հալեցնում է, և պողպատը փափկացնում է: Temperatureերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է նաև ծածկույթների ոչնչացմանը, որոնցից անոդավորումը և քրոմապատումը կարող են օգտագործվել մինչև 570 Կ, նիկելապատումը `մինչև 650 Կ, արծաթապատումը` մինչև 720 Կ:

Թռիչքի արագության բարձրացման այս նոր խոչընդոտի ի հայտ գալուց հետո սկսվեցին հետազոտություններ `դրա հետևանքները վերացնելու կամ մեղմելու նպատակով: Օդանավն աերոդինամիկ տաքացման հետևանքներից պաշտպանելու ուղիները որոշվում են ջերմաստիճանի բարձրացումը կանխող գործոններով: Բացի թռիչքի բարձրությունից և մթնոլորտային պայմաններից, ինքնաթիռների ջեռուցման աստիճանի վրա էական ազդեցություն են գործում.

- մաշկի նյութի ջերմային հաղորդունակության գործակիցը.

- ինքնաթիռի մակերեսի (հատկապես ճակատային) չափը. -թռիչքի ժամանակը:

Հետևաբար, հետևում է, որ կառույցի ջեռուցումը նվազեցնելու ամենապարզ եղանակներն են թռիչքի բարձրության բարձրացումը և դրա տևողությունը նվազագույնի հասցնելը: Այս մեթոդները կիրառվեցին առաջին գերձայնային ինքնաթիռներում (հատկապես փորձնականներում): Օդանավի կառուցվածքի ջերմային շեշտված տարրերի արտադրության համար օգտագործվող նյութերի բավականին բարձր ջերմային հաղորդունակության և ջերմային հզորության շնորհիվ, այն պահից, երբ օդանավը հասնում է բարձր արագության մինչև առանձին կառուցվածքային տարրերի ջեռուցման պահը մինչև նախագծման ջերմաստիճանը: կրիտիկական կետ, սովորաբար բավական է մեծ ժամանակ... Մի քանի րոպե տևողությամբ թռիչքներում (նույնիսկ ցածր բարձրությունների վրա), կործանարար ջերմաստիճանը չի հասնում: Մեծ թռիչքները կատարվում են ցածր ջերմաստիճանի (մոտ 250 Կ) և օդի ցածր խտության պայմաններում: Արդյունքում, ինքնաթիռի մակերեսներին հոսքից արձակվող ջերմության քանակը փոքր է, իսկ ջերմափոխանակությունը տևում է ավելի երկար, ինչը զգալիորեն մեղմացնում է խնդիրը: Նմանատիպ արդյունք է ստացվում ցածր բարձրության վրա ինքնաթիռի արագությունը սահմանափակելու միջոցով: Օրինակ, գետնի վրայով 1600 կմ / ժ արագությամբ թռիչքի ընթացքում դուռալումինի ուժը նվազում է ընդամենը 2% -ով, իսկ արագության բարձրացումը մինչև 2400 կմ / ժ հանգեցնում է դրա ուժի նվազման մինչև 75% -ով: համեմատություն սկզբնական արժեքի հետ:

Բրինձ 1.14. M = 2.2 (a)-ով թռիչքի ընթացքում օդային ալիքում և Concorde ինքնաթիռի շարժիչում ջերմաստիճանի բաշխումը և XB-70A ինքնաթիռի մաշկի ջերմաստիճանը թռիչքի ընթացքում ՝ 3200 կմ / ժ (բ) հաստատուն արագությամբ .

Այնուամենայնիվ, օգտագործված արագությունների և թռիչքների բարձրությունների ամբողջ տիրույթում անվտանգ աշխատանքային պայմաններ ապահովելու անհրաժեշտությունը ստիպում է դիզայներներին փնտրել համապատասխան տեխնիկական միջոցներ: Քանի որ ինքնաթիռի կառուցվածքային տարրերի տաքացումը առաջացնում է նյութերի մեխանիկական հատկությունների նվազում, կառուցվածքում ջերմային սթրեսների առաջացում, ինչպես նաև անձնակազմի և սարքավորումների աշխատանքային պայմանների վատթարացում, գոյություն ունեցող պրակտիկայում օգտագործվող նման տեխնիկական միջոցները կարող են լինել բաժանված է երեք խմբի: Նրանք համապատասխանաբար ներառում են 1) ջերմակայուն նյութերի օգտագործումը, 2) նախագծային լուծումներ, որոնք ապահովում են անհրաժեշտ ջերմամեկուսացում և մասերի թույլատրելի դեֆորմացիա, և 3) անձնակազմի խցիկի և սարքավորումների խցիկների հովացման համակարգեր:

M = 2.0-1-2.2 առավելագույն արագությամբ ինքնաթիռներում լայնորեն օգտագործվում են ալյումինի համաձուլվածքներ (դուռալումին), որոնք բնութագրվում են համեմատաբար բարձր ուժով, ցածր խտությամբ և ջերմաստիճանի մի փոքր բարձրացումով ուժի հատկությունների պահպանումով: Դուրալները սովորաբար լրացվում են պողպատի կամ տիտանի համաձուլվածքներով, որոնցից պատրաստվում են օդային շրջանակի այն հատվածները, որոնք ենթարկվում են մեխանիկական կամ ջերմային ամենամեծ բեռների: Տիտանի համաձուլվածքներն օգտագործվել են արդեն 50 -ականների առաջին կեսին, առաջին հերթին ՝ շատ փոքր մասշտաբով (այժմ դրանց մասերը կարող են կազմել օդային շրջանակի զանգվածի մինչև 30% -ը): M ~ 3 ունեցող փորձարարական ինքնաթիռներում անհրաժեշտություն է առաջանում օգտագործել որպես ջերմակայուն պողպատե համաձուլվածքներ որպես հիմնական կառուցվածքային նյութ: Նման պողպատները հիպերսոնիկ թռիչքներին բնորոշ բարձր ջերմաստիճաններում պահպանում են լավ մեխանիկական հատկություններ, սակայն դրանց թերությունները բարձր գինն ու բարձր խտությունն են: Այս թերությունները, ինչ-որ առումով, սահմանափակում են արագընթաց ինքնաթիռների զարգացումը, ուստի այլ նյութեր նույնպես հետազոտվում են:

70 -ականներին առաջին փորձերն են կատարվել ՝ բերիլիումի օգտագործումը օդանավերի կառուցման մեջ, ինչպես նաև բորի կամ ածխածնի մանրաթելերի վրա հիմնված կոմպոզիտային նյութեր: Այս նյութերը դեռ ունեն բարձր գին, բայց միևնույն ժամանակ դրանք բնութագրվում են ցածր խտությամբ, բարձր ուժով և կոշտությամբ, ինչպես նաև զգալի ջերմակայունությամբ: Օդանավերի կառուցման մեջ այդ նյութերի հատուկ կիրառման օրինակները տրված են առանձին ինքնաթիռների նկարագրություններում:

Մեկ այլ գործոն, որը զգալիորեն ազդում է ջեռուցվող ինքնաթիռի կառուցվածքի աշխատանքի վրա, այսպես կոչված ջերմային սթրեսների ազդեցությունն է: Դրանք առաջանում են տարրերի արտաքին և ներքին մակերևույթների և հատկապես մաշկի և ինքնաթիռի ներքին կառուցվածքային տարրերի ջերմաստիճանային տարբերությունների արդյունքում: Օդային շրջանակի մակերեսային տաքացումը հանգեցնում է դրա տարրերի դեֆորմացման: Օրինակ, կարող է առաջանալ թեւի մաշկի ճեղքվածք, ինչը կհանգեցնի աերոդինամիկ բնութագրերի փոփոխության: Հետևաբար, շատ ինքնաթիռներում օգտագործվում է ձուլված (երբեմն սոսնձված) բազմաշերտ մաշկ, որը բնութագրվում է բարձր կոշտությամբ և լավ մեկուսիչ հատկություններով, կամ ներքին կառուցվածքի տարրեր ՝ համապատասխան փոխհատուցիչներով (օրինակ ՝ F-105 ինքնաթիռներում, կողային անդամների պատերը պատրաստված են ծալքավոր թերթից): Հայտնի են նաև վառելիքով թևերի սառեցման փորձերը (օրինակ ՝ X-15 ինքնաթիռներում), որոնք տանկից դեպի այրման պալատի վարդակներ տանող ճանապարհով անցնում են մաշկի տակ: Այնուամենայնիվ, բարձր ջերմաստիճանի դեպքում վառելիքը սովորաբար ենթարկվում է կոքսման, ուստի նման փորձերը կարելի է համարել անհաջող:

Ներկայումս կատարվում է հետաքննություն տարբեր մեթոդներ, այդ թվում `պլազմային ցողման միջոցով հրակայուն նյութերի մեկուսիչ շերտի կիրառումը: Հեռանկարային համարվող այլ մեթոդներ կիրառություն չեն գտել: Ի թիվս այլ բաների, առաջարկվել է օգտագործել «պաշտպանիչ շերտ», որը ստեղծվել է մաշկի վրա գազ փչելով, հովանալով «քրտնելով» ՝ գոլորշիացման բարձր ջերմաստիճանով հեղուկը ծակոտկեն մաշկի միջոցով մակերեսին հասցնելուց և հալվելուց առաջացած հովացման միջոցով: մաշկի մի մասի գրավում (աբլացիոն նյութեր):

Բավականին կոնկրետ և միևնույն ժամանակ շատ կարևոր խնդիր է օդաչուի խցիկում և սարքավորումների խցիկներում (հատկապես էլեկտրոնային) համապատասխան ջերմաստիճանի պահպանումը, ինչպես նաև վառելիքի և հիդրավլիկ համակարգերի ջերմաստիճանը: Ներկայումս այս խնդիրը լուծվում է բարձրորակ օդորակման, հովացման և սառեցման համակարգերի, արդյունավետ ջերմամեկուսացման, բարձր գոլորշիացման ջերմաստիճանի հիդրավլիկ համակարգերի աշխատանքային հեղուկների օգտագործմամբ և այլն:

Theերմային արգելքների խնդիրները պետք է լուծվեն համապարփակ կերպով: Այս ոլորտում ցանկացած առաջընթաց այս տեսակի ինքնաթիռների պատնեշը մղում է դեպի թռիչքի ավելի բարձր արագություն ՝ չբացառելով այն որպես այդպիսին: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ ավելի մեծ արագությունների հետապնդումը հանգեցնում է նույնիսկ ավելի բարդ կառուցվածքների և սարքավորումների ստեղծմանը, որոնք պահանջում են ավելի բարձրորակ նյութերի օգտագործում: Սա էական ազդեցություն ունի քաշի, գնման արժեքի և օդանավերի շահագործման և սպասարկման ծախսերի վրա:

Աղյուսակում տրվածներից: Այս կործանիչներից 2-ը, կարելի է տեսնել, որ շատ դեպքերում առավելագույն արագությունը 2200-2600 կմ / ժ համարվում էր ռացիոնալ: Միայն որոշ դեպքերում է համարվում, որ ինքնաթիռի արագությունը պետք է գերազանցի M ~ 3-ը: Նման արագություններ զարգացնելու ունակ ինքնաթիռները ներառում են փորձնական X-2, XB-70A և T. 188 ինքնաթիռները, SR-71 հետախուզական ինքնաթիռները և E-266 ինքնաթիռ:

1* Սառեցումը դա ջերմության հարկադիր փոխանցումն է սառը աղբյուրից բարձր ջերմաստիճանի միջավայր ՝ միաժամանակ արհեստականորեն հակադրվելով ջերմության շարժման բնական ուղղությանը (տաք մարմնից սառը, երբ տեղի է ունենում հովացման գործընթացը): Ամենապարզ սառնարանը կենցաղային սառնարան է:

Փաթեթավորման ջեռուցման մակերեսի նախնական հաշվարկ:

Q in = V in * (i in // - i in /) * τ = 232231.443 * (2160-111.3) * 0.7 = 333.04 * 10 6 kJ / ցիկլ:

Միջին լոգարիթմական ջերմաստիճանի տարբերությունը մեկ ցիկլի համար:

Այրման արտադրանք (ծխի) արագություն = 2.1 մ / վ: Այնուհետև նորմալ պայմաններում օդի արագությունը հետևյալն է.

6.538 մ / վրկ

Օդի և ծխի միջին ջերմաստիճանը տվյալ ժամանակահատվածի համար:

935 o C

680 o C

Noխի և օդի ժամանակ վարդակի վերևի միջին ջերմաստիճանը

Cyիկլերի միջին ջերմաստիճանը վարդակի վերևում

Zzխի և օդի ժամանակ վարդակի հատակի միջին ջերմաստիճանը.

Cleիկլերի վարդակի ներքևի միջին ջերմաստիճանը

Որոշեք ջերմության փոխանցման գործակիցների արժեքը վարդակի վերևի և ներքևի մասի համար: 2240 արժեք ունեցող ընդունված տիպի վարդակի համար 18000 կոնվեկցիայի միջոցով ջերմության փոխանցման արժեքը որոշվում է Nu = 0.0346 * Re 0.8 արտահայտությունից

Smokeխի իրական արագությունը որոշվում է W d = W- ից * (1 + βt d) բանաձևով: Փաստացի օդի արագությունը t ջերմաստիճանում և օդի ճնշումը p = 0.355 ՄՆ / մ 2 (բացարձակ) որոշվում է բանաձևով

Որտեղ 0.1013-MN / մ 2 ճնշումը նորմալ պայմաններում է:

Աղյուսակներից ընտրված են կինեմատիկական մածուցիկության արժեքը ν և այրման արտադրանքների համար ջերմային հաղորդակցության λ գործակիցը: Այս դեպքում մենք հաշվի ենք առնում, որ λ- ի արժեքը շատ քիչ է կախված ճնշումից, իսկ 0,355 ՄՆ / մ 2 ճնշման դեպքում λ արժեքները կարող են օգտագործվել 0,1013 ՄՆ / մ 2 ճնշման դեպքում: Գազերի կինեմատիկական մածուցիկությունը հակադարձ համեմատական է ճնշմանը, 0.1013 ՄՆ / մ 2 ճնշման դեպքում ν- ի այդ արժեքը բաժանվում է հարաբերակցության:

Blockառագայթների արդյունավետ երկարություն բլոկի վարդակի համար

= 0,0284 մ

Տրված փաթեթավորման համար մ 2 / մ 3; ν = 0,7 մ 3 / մ 3; մ 2 / մ 2:

Հաշվարկներն ամփոփված են աղյուսակ 3.1 -ում:

Աղյուսակ 3.1 - heatերմության փոխանցման գործակիցների որոշում վարդակի վերևի և ներքևի մասի համար:

Չափերի անվանումը, արժեքը և չափման միավորները	Հաշվարկի բանաձև	Կանխավճարային վճարում	Refտված հաշվարկ
գագաթ	ներքև	գագաթ	Ներքև
ծուխ	օդը	ծուխ	օդը	օդը	օդը
Օդի և ծխի միջին ջերմաստիճանը 0 С ժամանակահատվածում	Ըստ տեքստի	1277,5		592,5		1026,7	355,56
Այրման արտադրանքի և օդի ջերմային հաղորդունակության գործակիցը լ 10 2 Վտ / (մգրադ)	Ըստ տեքստի	13,405	8,101	7,444	5,15	8,18	5,19
Այրման արտադրանքի և օդի կինեմատիկական մածուցիկություն g 10 6 մ 2 / վ	Դիմում	236,5	52,6	92,079	18,12	53,19	18,28
Ալիքի տրամագիծը սահմանելը d, մ		0,031	0,031	0,031	0,031	0,031	0,031
Smokeխի և օդի իրական արագությունը W մ / վ	Ըստ տեքստի	11,927	8,768	6,65	4,257	8,712	4,213
Re
Nu	Ըստ տեքստի	12,425	32,334	16,576	42,549	31,88	41,91
Atերմության փոխանցման գործակիցը a կոնվեկցիայի միջոցով W / m2 * deg		53,73	84,5	39,804	70,69	84,15	70,226
		0,027	-	0,045	-	-	-
		1,005	-	1,055	-	-	-
Iantառագայթման ջերմության փոխանցման գործակիցը a p W / m 2 * deg		13,56	-	5,042	-	-	-
ա / մ 2 * աստիճան		67,29	84,5	44,846	70,69	84,15	70,226

Փաթեթավորման աղյուս l- ի ջերմային հզորությունը և ջերմային հաղորդունակությունը հաշվարկվում են բանաձևերով.

С, kJ / (կգ * աստիճան) լ, W / (մգրադ)

Դինաս 0.875 + 38.5 * 10 -5 * տ 1.58 + 38.4 * 10 -5 տ

Հրակայուն 0.869 + 41.9 * 10 -5 * տ 1.04 + 15.1 * 10 -5 տ

Աղյուսի համարժեք կես հաստությունը որոշվում է բանաձևով

մմ

Աղյուսակ 3.2. Նյութի ֆիզիկական քանակները և ջերմության կուտակման գործակիցը վերականգնող փաթեթավորման վերին և ստորին կեսի համար

Չափերը	Հաշվարկի բանաձև	Կանխավճարային վճարում	Refտված հաշվարկ
		գագաթ	ներքև	գագաթ	Ներքև
դինա	հրակայուն	դինա	հրակայուն
Միջին ջերմաստիճանը ՝ 0 С	Ըստ տեքստի	1143,75	471,25	1152,1	474,03
Kանգվածի խտություն, r կգ / մ 3	Ըստ տեքստի
Theերմային հաղորդունակության գործակիցը լ W / (մգրադ)	Ըստ տեքստի	2,019	1,111	2,022	1,111
Atերմային հզորություն С, kJ / (կգ * աստիճան)	Ըստ տեքստի	1,315	1,066	1,318	1,067
Rmերմային դիֆուզիվության գործակիցը a, մ 2 / ժամ		0,0027	0,0018	0,0027	0,0018
F 0 S		21,704	14,59	21,68	14,58
Atերմության կուտակման գործակիցը h դեպի		0,942	0,916	0,942	0,916

Ինչպես ակնհայտ է աղյուսակից, h k>, այսինքն `աղյուսները օգտագործվում են ջերմային հարաբերակցության մեջ` իրենց ամբողջ հաստության համար: Համապատասխանաբար, վերը նշվածի համար մենք վերցնում ենք ջերմային հիստերեզի գործակցի արժեքը վարդակի վերևի համար x = 2.3, ներքևի համար x = 5.1:

Այնուհետեւ ջերմության փոխանցման ընդհանուր գործակիցը հաշվարկվում է բանաձեւով.

վարդակի վերևի համար

58.025 կJ / (մ 2 ցիկլ * աստիճան)

վարդակի ներքևի մասի համար

60.454 կJ / (մ 2 ցիկլ * աստիճան)

Միջինը վարդակի համար որպես ամբողջություն

59.239 կJ / (մ 2 ցիկլ * աստիճան)

Zzեռուցման ջեռուցման մակերեսը

22093.13 մ 2