傳熱學(xué)第一節(jié)課作業(yè)

1、傳熱學(xué)在戰(zhàn)斗機發(fā)動機的應(yīng)用機電工程學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化1120810703劉定坤航空航天發(fā)動機冷卻 對發(fā)動機工作時處于高溫環(huán)境的零、組件采取的散熱和隔熱措施，以使受熱件溫度不超過材料強度允許的范圍?；鸺l(fā)動機燃燒室中燃氣溫度高達30004700K，燃氣壓力通常是幾兆帕（幾十大氣壓），高的可達20兆帕(約200大氣壓)。整個推力室內(nèi)壁受到強烈加熱,最嚴重的部位是噴管喉部附近，熱流密度可高達104105千瓦/米2。渦輪噴氣發(fā)動機燃燒室內(nèi)火焰溫度可達2300K，渦輪入口燃氣溫度達1600K。保證受熱零件正常工作或提高它們的性能均有賴于冷卻技術(shù)。通常采用的冷卻技術(shù)有對流冷卻、薄膜冷卻、發(fā)汗冷卻、

2、燒蝕冷卻、輻射冷卻和隔熱層。推力室冷卻示意圖對流冷卻 冷卻劑流過受熱零件壁面，靠對流傳熱將熱量帶走，如對著受熱壁面噴射冷卻劑以提高對流冷卻的效果（稱為噴射冷卻）。對流冷卻廣泛用于發(fā)動機的各種受熱零、組件。航空發(fā)動機的渦輪葉片采用空氣對流冷卻，可使葉片溫度降低200250C，液體火箭發(fā)動機的推力室用推進劑的一種組元作為冷卻劑，使其流過冷卻套來冷卻室壁，然后進入燃燒室參加燃燒，這種冷卻方式稱為再生冷卻。如果流過冷卻套的推進劑由噴管末端一周小孔直接排出，則稱為排放冷卻。這種方法適用于以氫作冷卻劑的推力室，排放射流也能產(chǎn)生一部分推力。薄膜冷卻 由液體推進劑或氣體在受熱壁面上形成薄膜阻止燃氣向壁面?zhèn)鳠岬?/p>

3、冷卻方式分別稱為液膜冷卻或氣膜冷卻。液體火箭發(fā)動機的推力室在熱流密度最大的噴管喉部附近采用液膜冷卻，更多的是在噴注器周邊設(shè)置一圈低混合比的噴嘴或燃料直流射孔，在燃燒室內(nèi)壁面附近形成低溫邊區(qū)或薄膜，把中心區(qū)高溫燃氣與壁面隔開。渦輪噴氣發(fā)動機的渦輪葉片和火焰筒常用氣膜冷卻，葉片溫度可降低400600C。有的液體火箭發(fā)動機把渦輪排氣引入推力室噴管，對噴管內(nèi)壁進行氣膜冷卻。發(fā)汗冷卻 也稱發(fā)散冷卻。受熱件用多孔材料制成，冷卻劑通過微孔滲出受熱表面把熱量帶走，同時在壁面上形成一層冷卻薄膜，有很好的冷卻效果。由于研制多孔材料比較困難，碳氫燃料燃燒后的積碳容易堵塞微孔，這種冷卻方式未能廣泛應(yīng)用,僅用于液氧-液

4、氫發(fā)動機噴注器面板的冷卻。燒蝕冷卻 廣泛用于固體火箭發(fā)動機的噴管（見燒蝕防熱、燒蝕材料）。還有一種自冷卻方式，機理與燒蝕冷卻類似，用多孔鎢作基體，滲入銀、銅、鋅等熔點較低的材料，遇熱時熔點低的材料升華逸出而起冷卻作用?；w鎢難熔耐蝕，能保持外形，適用于制作固體火箭發(fā)動機噴管喉襯。輻射冷卻 利用熾熱物體的熱輻射向外散熱。輻射冷卻一般用于火箭發(fā)動機中熱流密度較小的噴管延伸段、燃氣溫度較低的燃氣發(fā)生器和單元推進劑分解的推力室?；钊桨l(fā)動機汽缸頭的黑色散熱片也起輻射散熱作用。提高輻射散熱效果主要靠選用耐高溫材料制造受熱零件；其次靠提高表面黑度，即在壁面上涂黑度0.85以上的高溫涂料。隔熱層 在受熱壁面

5、上涂敷或粘貼導(dǎo)熱率低的耐高溫材料，減少燃氣向壁傳熱。常用的隔熱材料如氧化鋯、氧化鋁等適用于液體火箭發(fā)動機；石墨、碳化鎢、陶瓷等適用于固體火箭發(fā)動機；陶瓷、高溫隔熱漆、石棉等適用于渦輪噴氣發(fā)動機。渦輪渦輪葉片氣葉片氣膜冷卻膜冷卻技術(shù)技術(shù)：氣氣膜孔加工膜孔加工技術(shù)技術(shù) 80年代美工程師W研究渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動機不順利，因為新型飛機發(fā)動機動力要大，就必須壓力大，飛機發(fā)動機的部件必須耐高溫大于12001400度，通常耐800度以上高溫的材料就不容找到，特別是發(fā)動機的關(guān)鍵部件：渦輪風(fēng)扇上的葉片。所以來到中國度假，順便來中國交流，受到同行接待，期間到中國云南看了少數(shù)民族表演，有一個節(jié)目引起了W的很大興趣，那

6、就是赤腳走火山節(jié)目，就是光著雙腳，在灼熱的炭火上來回走，跳舞，看得W很是驚奇，問中國專家，中國專家很不屑，就告訴他表演這種節(jié)目的科學(xué)原理，“人腳上有很多排汗的毛孔，走在炭火上運動，汗液不斷蒸發(fā)，形成一層氣體，隔絕了熱量，所以腳不會燙壞”。W陷入了沉思，突然跳起來，高喊：我知道了，我知道了，我知道了。中國專家莫名其妙。渦輪葉片氣膜冷卻技術(shù)：氣膜孔加工技術(shù)渦輪葉片氣膜冷卻技術(shù)：氣膜孔加工技術(shù) 后來，W回到實驗室，在渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動機的葉片上鉆出許多的小孔，小孔分布呈魚鱗狀。葉片腔內(nèi)有一大孔徑與小孔相通，通過其設(shè)計的系統(tǒng)，高速氣體不斷從渦輪風(fēng)扇上的葉片小孔流出，形成一層氣膜，同時又帶走了大量的熱。使得渦輪風(fēng)扇始終工作