Исследование теплозащитных покрытий из природных материалов


Авторы

Генбач А. А.1, Бондарцев Д. Ю.1*, Пиралишвили Ш. А.2

1. НАО «АУЭС им. Г. Даукеева», Алматы, Казахстан
2. Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва, РГАТУ, ул. Пушкина, 53, Рыбинск, Ярославская область, 152934, Россия

*e-mail: d.bondartsev@aues.kz

Аннотация

Проведены исследования теплопередачи для систем охлаждения с покрытиями из природных материалов, в зависимости от параметров детонационного факела термоинструмента и теплофизических свойств природных материалов. Покрытия показали высокую надежность по сравнению с другими форсированными системами. Максимальные удельные тепловые потоки на покрытии – (от 2 до 15×106 Вт/м2) и частота колебания до 200 Гц. Установлены в модели и путем эксперимента термодинамические характеристики кислородно-керосиновых термоинструментов для генерации ими сверхзвуковых высокотемпературных детонационных факелов при напылении покрытий из природных материалов, получен гранулометрический состав материалов, подобраны гидродинамические режимы работы горелок (способ сжигания топлива, длина струи, угол наклона струи). Установлены время полета частиц, оптимальная толщина покрытий, диаметр порошка, предельные напряжения сжатия и растяжения покрытия. Получены зависимости перемещений для покрытий при тепловом воздействии, что важно для диагностики и прогнозирования установок и продления ресурса.  

Ключевые слова:

природные материалы, покрытия, горелка, сопло, камера сгорания, скоростная киносъемка, интерферометрия

Библиографический список

  1. Поляев В.М., Кичатов Б.В. Кипение жидкости на поверхностях с пористыми покрытиями // Инженернофизический журнал. 2000. Т. 73. №2. С. 260–266.
  2. Wang W., et at. Cooling performance analysis of steam cooled gas turbine nozzle guide vane // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2013;62:668–679. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.02.080
  3. Shoukat А.К., et at. Design, fabrication and nucleate pool-boiling heat transfer performance of hybrid micronano scale 2-D modulated porous surfaces // Applied Thermal Engineering. 2019; 153:168–180. https://doi.org/ 10.1016/j.applthermaleng.2019.02.133
  4. Wang W. Efficiency study of a gas turbine guide vane with a newly designed combined cooling structure // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015; 80:217–226. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2014.09.024
  5. Yang Х., et at. Turbine platform phantom cooling from airfoil film coolant, with purge flow // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019;140:25–40. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.05.109
  6. Генбач А.А., Бондарцев Д.Ю., Пиралишвили Ш.А. Кризис теплообмена и предельный перенос энергии в капиллярно-пористых покрытиях энергоустановок // Прикладная физика и математика. 2019. № 5. С. 3–15. doi: 10.25791/pfim.05.2019.921
  7. Lei G., et at. The convective heat transfer of fractal porous media under stress condition // International Journal of Thermal Sciences. 2019;137:55–63. https://doi.org/ 10.1016/j.ijthermalsci.2018.11.017
  8. Поляев В.М., Генбач А.А. Области применения пористой системы // Известия высших учебных заведений. Энергетика. 1991. № 12. С. 97–101.
  9. Mori S., et at. Enhancement of the critical heat flux in saturated pool boiling using honeycomb porous media // International Journal of Multiphase Flow. 2009;35:946–951. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2009.05.003
  10. Mieczyslaw E., et at. Peculiarities of boiling heat transfer on capillary-porous coverings // International Journal of Thermal Sciences. 2004;43(5):431–442. https://doi.org/ 10.1016/j.ijthermalsci.2003.10.002
  11. Odagiri К., et at. Investigation on liquid-vapor interface behavior in capillary evaporator for high heat flux loop heat pipe // International Journal of Thermal Sciences. 2019;140:530–538. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci. 2019.03.008
  12. Xianbing J., et at. Pool boiling heat transfer on uniform and non-uniform porous coating surfaces // Experimental Thermal and Fluid Science. 2013;48:198–212. https:// doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2013.03.002
  13. Chang Y.H., et at. Experimental investigation on bubble dynamics and boiling heat transfer for saturated pool boiling and comparison data with previous works // Applied Thermal Engineering. 2019;154:284–293. https:// doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.03.092
  14. Chuang T.J., et at. Investigating effects of heating orientations on nucleate boiling heat transfer, bubble dynamics, and wall heat flux partition boiling model for pool boiling // Applied Thermal Engineering. 2019;163:114358. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114358
  15. Jamialahmadi M., et at. Experimental and theoretical studies on subcooled flow boiling of pure liquids and multicomponent mixtures // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2008;51(9–10):2482–2493. https:// doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.07.052
  16. Mohammad S.A., et at. Enhanced boiling of saturated water on copper coated heating tubes // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2008; 47(1):159–167. https://doi.org/10.1016/j.cep.2007.07.021
  17. Li C., et at. Evaporation/Boiling in Thin Capillary Wicks (l) – Wick Thickness Effects // Journal of Heat Transfer. 2006; 128(12):1312–1319. https://doi.org/10.1115/1.2349507
  18. Hanlon M.A., et at. Evaporation Heat Transfer in Sintered Porous Media // Journal of Heat Transfer. 2003; 125(4): 644–652. https://doi.org/10.1115/1.1560145
  19. Li C., et at. Evaporation Boiling in Thin Capillary Wicks (II) – Effects of Volumetric Porosity and Mesh Size // Journal of Heat Transfer. 2006;128(12):1320–1328. https://doi.org/10.1115/1.2349508
  20. Das A.K., et at. Performance of different structured surfaces in nucleate pool boiling // Applied Thermal Engineering. 2009;29(17-18):3643–3653. https://doi.org/10.1 016/j.applthermaleng.2009.06.020
  21. Mehmet А., et at. Enhancement of pool boiling critical heat flux in dielectric liquids by microporous coatings // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2007; 50(5–6):997–1009. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.08.005
  22. Mohammad S.S., et at. Subcooled flow boiling CHF enhancement with porous surface coatings // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2007;50(17–18): 3649–3657. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.20 06.09.011
  23. Forrest E., et at. Augmentation of nucleate boiling heat transfer and critical heat flux using nanoparticle thin-film coatings // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010;53(1–3):58–67. https://doi.org/10.1016/j.ijheat masstransfer.2009.10.008
  24. Генбач А.А., Бондарцев Д.Ю., Шелгинский А.Я. Исследование наноразмерных и микромасштабных структурированных поверхностей охлаждения теплоэнергоустановок // Надежность и безопасность энергетики. 2022. Т. 15. № 1. С. 38–44. https://doi.org/ 10.24223/1999-5555-2022-15-1-38-44
  25. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. М.: Металлургия, 1992. 432 с.
  26. Балдаева Л.Х. (ред.). Газотермическое напыление. М.: Изд-во Маркет ДС, 2007. 344 с.
  27. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л., Ардатовская Е.Н. Газотермические покрытия из порошковых материалов. К.: Наукова думка, 1987. 545 с.
  28. Хасун А., Моригаки О., Степин В.С., (ред.), Шестеркин Н.Г., (ред.). Наплавлавка и напыление, М.: Машиностроение, 1985. 240 с.
  29. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулетном пограничном слое. М.: Энергоиздат, 1985. 320 с.
  30. Авдуевский В.С., Галицейский Б.М., Глебов Г.А., Кошкин В.К. (ред.). Основы теплопередачи в авиационной и ракетной технике. М.: Машиностроение, 1975. 624 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025