Системы обеспечения жизнедеятельности и спасения экипажей летательных аппаратов

Раздел: Учебники

В системах охлаждения могут найти применение также вихревые холодильники. Вихревой холодильник ВХ отличается простотой конструкции и надежностью в работе, может быть изготовлен достаточно компактным и легким при сравнительно небольшом расходе воздуха и давлении газа в несколько атмосфер.

Охлаждение воздуха основано на эффекте температурного разделения слоев газа в вихревом холодильнике.

Вихревой холодильник представляет собой устройство, в котором' происходит процесс преобразования энергии газа в ме- паническую работу, в результате чего часть газа охлаждается, й другая — нагревается. Рассмотрим принципиальную схему вихревого холодильника. Вихревой холодильник выполняется в виде гладкой цилиндрической трубки 1, в которую через тангенциально расположенное сопло 4 подводится сжатый воздух. У сопла трубка перекрыта диафрагмой 2 с небольшим отверстием в центре, с другой стороны — дросселем 3. Благодаря тангенциальному расположению отверстия сопла по касательной к внутреннему диаметру трубки, струе газа, охладившейся при расширении на выходе из сопла, сообщается вихревое движение. Поле угловых скоростей ш вихря в сечении I—I, проходящем через плоскость входного отверстия, является неравномерным — наибольшими угловыми скоростями обладают слои, расположенные ближе к геометрической оси трубки; по мере удаления от центра угловая скорость вихря падает.

В этой неравномерности распределения угловых скоростей и заключается возможность температурного разделения слоев газа в ВХ. Вихрь перемещается вдоль трубки от диафрагмы к дросселю, так как выходить из противоположного конца ему препятствует диафрагма. При врашательно-поступательном движении вдоль трубки центральные слои, вращающиеся с большими скоростями, испытывают сопротивление со стороны слоев, вращающихся с меньшими скоростями. Наличие трения между слоями приводит к тому, что в некотором сечении II—II распределение угловых скоростей становится близким к равномерному. С энергетической точки зрения это означает, что центральные слои отдали часть своей энергии на производство механической работы против сил сцепления с внешними слоями л благодаря этому сохранили ту пониженную температуру, которую они получили при расширении на входе в трубку. Охладившийся центральный поток газа выходит из ВХ через отверстие в дигфрагме, более нагретые периферические слои из-за трения отводятся из ВХ через кольцевое отверстие в дросселе.

В том случае, если дроссель полностью открыт, то никакого эффекта охлаждения не наблюдается из-за подсасывания атмосферного воздуха в полость разрежения через диафрагму. Если же дроссель прикрыть, то внутри трубки ВХ возникнет избыточное давление и через отверстие диафрагмы начнет выходить центральный поток, имеющий более низкую температуру, чем подводимый к ВХ сжатый воздух; через кольцевое отверстие дросселя будет выходить периферический поток воздуха, имеющий более высокую теАм,пературу.

Таким образом, в сечении I—I вихревой трубки из-за наличия градиента угловых скоростей вдоль радиуса возникает энергетический центробежный кинетический поток с направлением от центральных слоев газа к периферическим и, наоборот,

из-за градиента температур между слоями газа возникает энергетический центростремительный тепловой поток от периферических слоев к центральным. Эти: два потока энергии не сбалансированы что и обеспечивает эффект охлаждения в- вихревом холодильнике.