It is noted that the addition of fins to the sheaths made of leuco sapphire markedly
increases the efficiency of their cooling, reduces the consumption of coolant, and
consequently reduces hydraulic resistance of the flow path. However, the technology
of manufacturing the sheaths with thin fins made of brittle material and difficulties
of their exploitation become critically important in this case.
Keywords
:
efficiency, rods, fins, cooling, internal heat release, semitransparent
materials, optimum thickness.
В теплонагруженных технических устройствах различного назна-
чения для интенсификации их охлаждения широко применяют оре-
брение поверхности теплообмена. Элементы конструкции с ребрами
используют в котлостроении, компрессорной технике [1–3], в криоге-
нике [4], радиоэлектронике [5, 6], а также в авиа- и ракетостроении
[7–10].
Исследования в области создания новых материалов, проводимые
в последние десятилетия, привели к появлению большого числа кон-
струкционных материалов, имеющих свойство частичной прозрачно-
сти по отношению к падающему на них и собственному излучению
[11, 12]. Некоторые из этих материалов, например такие, как лейко-
сапфир, помимо высокой прозрачности имеют достаточно высокую
теплопроводность [12, 13].
Наличие уже созданных материалов с указанными свойствами и
перспективы дальнейшего развития исследований в области материа-
ловедения позволяют оптимистично смотреть на проблему существен-
ного (в 2–3 раза) увеличения мощности газоразрядных источников из-
лучения (ГИИ), предназначенных для тепловых испытаний конструк-
ций летательных аппаратов, подвергаемых интенсивному нагреву
[14–16], камер сгорания двигателей, лопаток турбин [17–19], а также
при изучении процессов в природных средах [20, 21], подвергаемых
радиационно-конвективному нагреву.
В связи с этим представляется актуальным решение задачи об
эффективности использования в конструкции водоохлаждаемых ГИИ
частично прозрачных оболочек с ребрами, выполненными из того же
или другого материала.
Рассмотрим эту задачу в следующей постановке. Определим ста-
ционарное температурное поле в монолитном стержне с внутренними
источниками теплоты, образовавшимися в результате поглощения из-
лучения, проникающего внутрь стержня через его левый торец (рис. 1).
Примем в качестве допущения, что источники теплоты равномерно
распределены в объеме стержня, а его температура изменяется только
в направлении координаты
x
.
Площадь поверхности, нормальная к направлению переноса энер-
гии, постоянна и равна площади поперечного сечения стержня в его
основании
S
(
r
) =
S
(
x
) =
S
0
=
const.
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2014. № 2 29
