Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
При работе в вакууме материалы излучательных элементов начинают испаряться. Отметим, что при температуре 1750 К металлы я сплавы на основе никеля, железа и хрома применять в вакуумных камерах нельзя из-за интенсивного испарения.
Для предотвращения окисления излучателей давления в вакуумных камерах не должно превышать 1,3-10"2 Па при температуре выше 720 К.
Рис. 2.83. Определение постоянной времени инфракрасного нагревателя
192
Таблица 2.5
Тип инфракрасного нагревателя Рабочая температура излучателя Г, К Максимальная плотность лучистого потока Я, кВТ/м2 Максимальная температура поверхности нагреваемой конструкции Г, К Постоянная времени х, с
Нагреватель с трубчатыми излучателями из сплава ЭИ 868 (диаметр 25 мм, толщина фольги 0,2 мм) 1350 120 1100 2
Нагреватель с силитовыми излучателями (диаметр 14 мм) 1850 350 1500 7
Нагреватель с кварцевыми лампами (диаметр спирали 0,13 мм, диаметр нити 0,25 мм) 3000 600 14Ю 0,4
Нагреватель с охлаждаемыми колбами кварцевых ламп и рефлекторами 3000 1500 1800 —
Нагреватель с ленточными излучателями из молибдена (ширина ленты 30 мм, толщина 0,2 мм) 2273 — — 4
Нагреватели с трубчатыми излучателями из графита (диаметр 18 мм, толщина трубки 3,5 мм) 3000 — — 2
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНФРАКРАСНЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ
Срок службы излучателей может быть продлен в результате увеличения толщины или диаметра излучателей или нагревания их в защитных средах.
Для определения облика инфракрасного нагревателя приходится проводить тепловые расчеты лучистого теплообмена в системах тел произвольной формы.
Обычно при таких тепловых расчетах решаются две задачи:
1. Полагая, что плотность теплового потока от излучателей задана и электрическая мощность используемых установок не ограничивает возможность эксперимента, находят или плотности тепловых потоков, падающих на конструкцию и на рефлектор, или плотности тепловых потоков, аккумулируемых конструкцией и рефлектором в условиях стационарного лучистого теплообмена.
2. Определяют время, за которое создаваемый инфракрасный нагреватель может нагреть испытуемую конструкцию до заданной температуры, т.е. рассчитывают кривую нагрева.
Методика расчета инфракрасного нагревателя, работающего в условиях стационарного теплообмена, предусматривает следующие допущения:
— все тела предполагаются серыми и подчиняются закону Ламберта; температуры, излучательные и пропускательные способности одинаковы во всех точках поверхности каждого из тел;
— излучающие тела неподвижны, и другие виды переноса тепла, кроме лучистого, отсутствуют;
— среда, в которой находятся тела, не поглощает лучистую энергию;
— рефлекторы изготовлены из материала с низкой степенью черноты, энергией собственного излучения которых можно пренебречь по сравнению с энергией излучателей и нагреваемого изделия;
— излучатели изготавливаются из материала, обладающего высокой поглощательной или пропускательной способностью, и поэтому их отражательную способность можно принять равной нулю; принимается, что плотность теплового потока, падающего на поверхность объекта, одинакова во всех точках этой поверхности.
Рассматривается лучистый теплообмен в замкнутой системе тел: нагреваемая конструкция, рефлектор и излучатели. Основные геометрические характеристики цилиндрического нагревателя с рефлектором показаны на рис. 2.84. Расчет сводится к определению таких геометрических параметров, как г, /?и, /?р и числа излучателей N по
заданным:
— плотности падающего на конструкцию лучистого потока <7к<Пад »
— радиусу нагреваемой конструкции /?к ;
— отражательными способностями конструкции Ск и рефлектора Ср ;
194
— степени черноты е„ и температуре излучателей Тн или их удельной мощности И>и .
Плотность теплового потока ^к.пад находят как частное от деления заданной программой испытаний максимальной плотности поглощаемого потока ^Пг.шах на поглощательную способность конструкции Лх .
При проектировании нагревателя используются следующие формулы для нахождения плотностей лучистых потоков: падающего на конструкцию 9к#Пад» аккумулируемого конструкцией ?как, аккумулируемого рефлектором дрМ :
Рис. 2.84. Основные геометрические характеристики цилиндрического нагревателя
1 Яи А
?к.ак- д
?р.«= д ?и]^ (Фи.р+ СКФи.«Фи.р)+ Фи.р]р*ЛЛ4
(2.79) (2.80)
(1-Ср), (2.81)
где Ск; Ср — отражательная способность конструкции и рефлектора: Ф — коэффициент облученности; индексы «к», «р» и «и» указывают, что величина относится к конструкции, рефлектору и излучателю. Например, ф^р — коэффициент облученности рефлектора от конструкции; Яш — удельная мощность излучателя.
Для определения ?КЛ1ад; 0к.а; 0р.а необходимо знать удельную мощность излучателей.
Для непрозрачных трубчатых излучателей, таких, как нихромовые трубки, силитовые, графитовые или вольфрамовые стержни,
2кг _4 Ян= "^"во^'и »
(2.82)
где г — радиус; 5 — шаг излучателей 5= 2цЯп/Ы. Следовательно,
гЫ
Яи = ^а0?и7и •
(2.83)
195
Для кварцевых ламп qH удобно определять по электрической мощ„ ности:
(2.84)
где \УИ — мощность излучателя (берется из справочника); Г| — коэффициент полезного действия излучателя, г| - 0,95.
