Силовая оптика (стр. 7 )

                        (2.11)

Связь между коэффициентами и и параметрами с и K может быть представлена в виде ; .Параметр с является универсальной постоянной для однотипных ПС, например, для всех материалов из металлических порошков с частицами сферической или близкой к ней форм , а для материалов из порошков произвольной формы 0,45<с<0,566. Поэтому в дальнейшем при расчете гидравлических характеристик структур нами принималось с=0,55, хотя это в нашем случае дает несколько завышенное значение коэффициента Cf.

Исследования, проведенные с волокнистыми материалами, пенопластами и структурами из пластов частиц произвольной формы показали, что параметр с для них сравнительно мал. Это объясняется тем, что с, характеризуя долю инерционных потерь, зависит в основном от характера следа, образующегося позади твердых частиц при обтекании их потоком, а след определяется типом ПС. Наличие в металловолокнистых структурах свободных концов, дополнительно турбулизирующих поток, приводит к увеличению с; так, для относительно коротких волокон, l/d=50−100, . (L  и d - длина и диаметр волокон соответственно)

Коэффициент проницаемости K, являющийся структурной характеристикой ПС, не зависит от режима течения и определяется экспериментально из закона Дарси. В связи с развитием работ в области тепловых труб в настоящее время имеется достаточно большое число экспериментальных данных для определения K как для порошковых, так и металловолокнистых структур. Зависимость коэффициента проницаемости металловолокнистых ПС от объемной пористости имеет вид [46] :

                        (2.12)

где A, m − коэффициенты, зависящие от относительной длины волокон l/d. Аналогичные выражения могут быть получены и для порошковых ПС. Кроме того, коэффициент проницаемости рассчитывается по известному соотношению Кармана − Козени [ 41] :

                        (2.13)

где − постоянная, зависящая от структуры.

Приведенные зависимости использовались нами для определения гидравлических характеристик ЭСО, выполненных на основе ПС из металлических порошков и металловолокон.

2.4. Влияние условий подвода и отвода теплоносителя на гидравлические характеристики ЭСО

Обычно в охлаждаемых ЭСО подвод и отвод теплоносителя к ПС осуществляется через равномерно распределенные по поверхности охлаждения чередующиеся каналы, которые выполняются в виде щелей или отверстий. При щелевом подводе обеспечивается более равномерное поле скоростей теплоносителя и минимальный перепад давления, необходимый для его прокачки, а при подводе и отводе в виде чередующихся отверстий может иметь место существенная неравномерность поля скоростей при растечке потока в радиальных направлениях. Это приводит к дополнительным потерям давления при циркуляции теплоносителя, которые учитываются коэффициентом Kг; в этом случае суммарный перепад давления в ПС

                        (2.14)

где − перепад давления при равномерном поле скоростей.

В предположении равномерного впрыска (оттока) теплоносителя в радиальных направлениях в зонах подвода (отвода), ограниченных областью (s − шаг между чередующимися отверстиями, r0 − радиус отверстия), коэффициент Kг, характеризующий влияние коллекторных эффектов на гидравлическое сопротивление при движении потока в ПС, можно представить в виде:

                                (2.15)

Здесь G −        массовый расход теплоносителя;        F − площадь облучаемой поверхности; n − число каналов для подвода (отвода) теплоносителя; − относительный шаг между отверстиями. Из (2.17) видно, что Kг зависит как от геометрических характеристик системы подвода и отвода теплоносителя (от а), так и от G; с увеличением а и G коэффициент Kг возрастает. Таким образом, Kг характеризует конструктивное совершенство системы раздачи и сбора теплоносителя охлаждаемого ЭСО.

При известном Kг суммарный перепад давления в ПС рассчитывается по формуле (2.14) с учетом следующего выражения для расчета :

                        (2.16)

где − скорость фильтрации теплоносителя.

2.5. Теплопроводность ПС теплообменника ЭСО.

Применительно к вопросам охлаждения ЭСО представляло интерес исследование каркасной теплопроводности ПС без учета теплопроводности прокачиваемого теплоносителя. Обобщенные результаты многочисленных экспериментальных исследований теплопроводности материалов различных ПС [47] показали, что эффективная теплопроводность зависит не только от объемной пористости, но и от таких факторов, как спекаемость материала, размер и форма исходных частиц, технология прессования и спекания и др., что приводит к большому разбросу данных и затрудняет обобщение результатов. В большинстве случаев данные обобщаются в виде зависимости (ПV) для образцов, выполненных по единой технологии из однотипного материала. Для расчета в широком диапазоне значений пористости порошковых материалов была использована формула Одолевского [47]:

                        (2.17)

где λк − теплопроводность компактного материала.

Эффективная теплопроводность металловолокнистых войлочных структур может иметь значительную анизотропию в зависимости от направления войлокования. Обычно  обобщается следующими зависимостями [47] :

                                                                (2.18a)

                                                                        (2.18б)

где − эффективная теплопроводность в направлениях, параллельном (2.18а) и перпендикулярном (2.18б) плоскости войлокования. В последнем случае можно также использовать зависимость:

                                                                                (2.19)

Представленные зависимости удовлетворительно аппроксимируют опытные  [40,47] данные и были использованы нами при определении тепловых характеристик охлаждаемых ЭСО, выполненных на основе металловолокнистых структур. При этом зависимость (2.18б) описывает верхнюю границу опытных данных (оптимистическая оценка), а (2.19) − нижнюю (пессимистическая оценка).

2.6. Термическая  деформация оптической поверхности.

  Для оценки малых искажений оптической поверхности, характерных для деформаций ЭСО, было сделано предположение о свободном расширении ПС и разделяющего слоя в соответствии с температурными полями. Тогда термодеформация зеркальной поверхности W есть сумма расширений разделяющего (толщиной Δр) и пористого (толщиной Δ) слоев:

                        (2.20)        

где αp и αn − температурные коэффициенты линейного расширения разделяющего и пористого слоев соответственно; − безразмерная температура; t0 − температура теплоносителя на входе в отражатель; t1 и t2 − температуры внешней и внутренней поверхности разделяющего слоя соответственно.