Пористость материала

В = Сбе/Х — критерий пористого охлаждения;

Система пористого охлаждения приобретает ряд качественно новых 8

Выполненный анализ пористого охлаждения с использованием диссоциирующего охладителя выявил значительное повышение его эффективности вследствие поглощения теплоты при протекании эндотермической реакции разложения. Кроме того, разложение охладителя приводит к уменьшению молекулярной массы вдуваемой газовой смеси, что увеличивает блокирующий эффект охлаждения при конвективном нагреве.

Безразмерный параметр пористого охлаждения В характеризует соотношение между величинами теплоты, поглощенной охладителем внутри стенки, и передаваемой через нее теплопроводностью.

Все упомянутые выше процессы сводятся к двум основным вариантам (рис. 3.12) в зависимости от соотношения между направлениями потоков теплоносителя и падающего излучения. Противоточная схема (тепловой экран с транспирацией) соответствует задачам пористого охлаждения, прямоточная — теплообмену в объемных гелиоприемниках. Отличительной особенностью последних является возможность нагрева газа в матрице до очень высокой температуры, существенно превышающей допустимую температуру прозрачной линзы, сквозь которую предварительно проходит излучение. Подаваемый холодный газ охлаждает прозрачную линзу, после этого он нагревается по мере течения сквозь пористый слой и максимальная температура достигается на выходе из него. При этом входные, менее нагретые слои матрицы частично экранируют собственное излучение от внутренних,более нагретых,

Система пористого охлаждения приобретает ряд качественно новых свойств при использовании жидкостного охладителя, испаряющегося внутри проницаемой структуры: существенное повышение эффективности охладителя за счет теплоты парообразования; высокая интенсивность теплообмена при испарении внутри пористого материала; малый удельный объем жидкостного охладителя; возможность достижения низких, в том числе криогенных, температур.

Как показывают расчеты, такая схема присуща процессам пористого охлаждения при значениях направленного конвективного теплового потока, отнесенного к толщине пористой стенки 5, меньших q[ b < < 108 Вт/м3. При этом, например металлическая матрица, должна иметь пористость (П = 0,2...0,4) и может быть изготовлена методами порошковой металлургии или прокаткой.

Из уравнения (6.45), задавшись температурой Г2, можно определить необходимый удельный расход охладителя, при котором реализуется указанная температура. При наличии радиационного нагрева этот тепловой поток следует учитывать при расчете пористого охлаждения стенки. Тогда теплота, получаемая пористой стенкой, определится по следующему выражению:

Эффективным способом тепловой защиты является пористое охлаждение. Одним из его преимуществ является равномерная подача охладителя через поверхность. В ряде случаев, представляющих интерес для практики, приходится иметь дело с весьма большими интенсивностями вдува. Последние бывают необходимы в случае химически агрессивных набегающих потоков, при создании защитной лучепоглощающей завесы и т. д. Здесь мы рассмотрим только физические основы пористого охлаждения, так как ему посвящена полностью одна из следующих глав.

Одной из разновидностей пористого охлаждения является так называемое самоохлаждение. Появление высококалорийных алюминизиро-ванных топлив с температурой горения свыше 2800 К для РДТТ вызвало необходимость создания новых эрозионностойких материалов для вкладышей горла сопла [Л. 1-13]. Температура стенки сопла превышает рабочую температуру неохлаждаемого вольфрама. Однако, наполняя или пропитывая пористый вольфрам другим материалом, который может испаряться при меньшей температуре, поглощая при этом тепло, можно добиться снижения температуры стенки. Составной вкладыш работает как поглотитель тепла до тех пор, пока температура его поверхности не достигнет точки кипения или разложения заполняющей фазы. Тогда начинается его испарение с образованием зоны пористого вольфрама, через которую фильтруется парообразный охладитель. Пар отбирает допол-

По расходу охладителя на единицу защищаемой поверхности пористое охлаждение более эффективно, чем рассмотренные ранее способы тепловой защиты. Но использование пористого охлаждения требует изготовления пористых стенок по довольно сложной технологии. Кроме того, при эксплуатации такой системы необходимо принимать меры для очистки охладителя, чтобы избежать засорения пор. В настоящее время пористое охлаждение применяется в ракетных двигателях на водородном топливе, авиационных двигателях, электродуговых подогревателях газа, МГД -установках, теплообменных аппаратах и т. д.

Водопоглощение и пористость материала представляют собой различные величины. Водопоглощение материала может быть

Детали по степени нагруженное™ Группа плотности материала Пористость материала, % ности, % предела прочности беспористых материа- и ударная вязкость, % данных свойств беспористых Плотность порошковых сталей, кг/м*

Если основное требование к силановым аппретам, а именно способность к взаимодействию со смолой, удовлетворяется, то дальнейшее улучшение их характеристик может быть достигнуто повышением критического поверхностного натяжения и смачивания аппретированного силаном минерального наполнителя. Чем лучше смачивание аппретированного стекла, тем полнее вытесняется воздух с его поверхности и тем меньше пористость материала [6]. Однако высокая активность аппрета при плохом смачивании дает лучшие результаты, чем хорошее смачивание в сочетании с пас- • сивностью силана.

Физико-механические свойства графита, В промышленности чаще всего применяется искусственный графит. Механическая прочность искусственного графита зависит от состава сырья, от условий обжига и графитизации изделий. Большое влияние на показатели механической прочности оказывает пористость материала и наличие структурных трещин. Самыми крупными порами являются усадочные раковины и пузыри, которые могут быть обнаружены при помощи ультразвука. Второй вид пористости —

Изделия-диэлектрики проверяются на пробивное напряжение искровым дефектоскопом или на специальной установке. Пористость материала может быть проверена также экспрессметодом. В любом месте изделия, специально доведенным резцом снимают вручную стружку толщиной 0,08—0,1 мм и просматривают под микроскопом в проходящем свете с увеличением в 80—100 раз; при этом поры выглядят темными пятнами.

Удельный вес наполненных фторопластов зависит от удельного веса применяемого наполнителя и его количества: с увеличением количества наполнителя удельный вес композиции возрастает. Однако избыток наполнителя может вызвать увеличение пористости и, как следствие, уменьшение удельного веса материала. Наибольшим удельным весом обладают фторопласты, наполненные бронзой, дисульфидом молибдена, медью (при содержании меди 50% удельный вес композиции — 4,84 Г/см3). Зная удельный вес фторопласта и наполнителя, можно рассчитать теоретический удельный вес композиции и, замерив истинный удельный вес, определить пористость материала. Удельный вес наполненных фторопластов зависит также от режима прессования и термообработки.

Наполнители могут повышать сопротивление деформации под нагрузкой до 30%. Однако следует отметить, что увеличением количества наполнителя можно увеличить сопротивление деформации материала только до определенного предела, так как с ростом количества наполнителя возрастает пористость материала. Поэтому рекомендуется подобрать оптимальное соотношение составляющих компонентов материала, контролируя показатели прочности и пористости.

Пористость материала определяется отношением, называемым коэффициентом пористости:

Тонкий слой набивки, прилегающий к перемещающейся уплотняемой детали, подвергается износу и разрушению. Вследствие истирания подвижной деталью пористость материала в этом тонком слое более высока, чем в остальном объеме набивки. Этот слой представляет собой совокупность соединенных между собой в виде извилистых каналов пустот и перемычек между ними (рис. 38). Снижение пористости этого слоя до пористости остального объема набивки, казалось, бы, можно осуществить за счет осевого сжатия и заполнения пустот материалом из основного объема. Однако практически это сделать невозможно, так как относительно жесткие перемычки при сжатии оказывают значительное сопротивление материалу набивки, стремящемуся деформироваться в радиальном и осевом направлениях и заполнить пустоты. Заполняемость указанных пустот в значительной мере зависит от пластических свойств материала набивки, характеризуемых величиной коэффициента бокового давления.

исключающей какую-либо пористость материала. Ситаллы изготовляют путем плавления стекольной шихты специальных составов с добавкой катализаторов кристаллизации, охлаждения расплава до пластичного состояния и формования из него изделий методами стекольной технологии (прессованием, выдуванием, вытягиванием). Отформованные изделия подвергают специальной термической обработке для образования мелкокристаллической плотной структуры, характерной для ситаллов.

Ситаллы (стеклокерамика) —новые стеклокерамические материалы па основе стекла, отличающиеся от последнего кристаллической структурой, подобной керамической, но с более мелкими (от долей до 1—2 мкм) кристаллами и более плотной их упаковкой, исключающей какую-либо пористость материала. Ситаллы изготовляют путем плавления стекольной шихты специальных составов с добавкой катализаторов кристаллизации, охлаждения расплава до пластичного состояния и формования из него изделий методами стекольной технологии (прессованием, выдуванием, вытягиванием). Отформованные изделия подвергают специальной термической обработке для образования мелкокристаллической плотной структуры, характерной для ситаллов.