Расчет наружного охлаждения стенки камеры сгорания

    Конвективный  удельный тепловой поток равен

. (8) 

Площадь сечения канал: ;

; 

Число Маха:  Ma=w/a=984,85/1570,52=0,63;

;

;

; 

Температура восстановления потока: 

 

Динамический  коэффициент вязкости газовой смеси  по определяющей температуре  :

·

 ·  

   

Коэффициент теплопроводности газовой смеси по определяющей температуре :

,

Теплоемкость  смеси   

  ;

  ; 

;

 · ;

 · ; 

;

Вычисление  чисел подобия: 

 

 

   

  Динамический коэффициент вязкости газовой смеси по определяющей температуре :

  ;

  ; 

  ;  

Коэффициент теплопроводности газовой смеси по определяющей температуре :

,

Теплоемкость  смеси   

  ;

  ;

;

 · ;

 · ;

Вычисление  чисел подобия: 

 

 

Динамический  коэффициент вязкости газовой смеси по определяющей температуре :

 

   
 

   

Коэффициент теплопроводности газовой смеси по определяющей температуре :

,

Теплоемкость  смеси   

 

   

 

   

Вычисление  чисел подобия: 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 

2.2. Радиационный теплообмен  между газом и  стенкой 

    Между высокотемпературным  потоком продуктов  сгорания и стенками камеры сгорания происходит процесс теплообмена  не только соприкосновением (конвективный теплообмен, теплоотдача), но и излучением (радиационный теплообмен).

    Плотность радиационного теплового  потока от излучающего  газа на поверхность оболочки (ограничивающей этот газ стенки) определяется как разность двух тепловых потоков – от газа к стенке и от стенки к газу – по следующему выражению:

, (9)

где с₀ = 5,67 Вт/(м²∙К⁴) – коэффициент излучения абсолютно черного тела; T_f и T_w – температура газа и температура стенки, К; в задании на курсовую работу T_f = T_f1 и T_w = T_w1; ε_г – степень черноты газа; а_г – поглощательная способность газа при температуре стенки; – эффективная степень черноты стенки.

    Обычно, при сгорании топлив только два компонента СО₂ и H₂О имеют практически существенное излучение. При определении радиационных характеристик принимаются во внимание только эти два компонента.

    Суммарная степень черноты  смеси газов СО₂ и H₂О определяется из выражения

, (10)

где , – степени черноты отдельных компонентов; – поправка, учитывающая взаимное поглощение между излучающими компонентами, которую можно оценить так

. (11)

    Степени черноты  и вычисляются по номограммам (см. рис. П1 и П2, также [6])  при , и температуре T_f.

    Коэффициент β – поправка на парциальное давление водяного пара (рис. П3). На рис. П3 p_T – техническая атмосфера.

    Для определения поглощательной способности СО₂ и H₂О можно воспользоваться формулами

  (12)

где = T_w/T_f; = T_w/T_f; , – приведенные степени черноты, определяемые по номограммам (см. рис. П1 и П2) при , и температуре T_w. Здесь и – парциальные давления компонентов, которые выражаются через давление смеси и объемные доли этих компонентов:

  (13)

    Суммарная поглощательная способность  смеси газов

, (14)

 – поправка, учитывающая взаимное  поглощение между  излучающими компонентами

. (15)

    Величина  L для расчета по формулам (10) – (12) это эффективная длина луча, вводимая для оценки формы и размеров излучающего газового объема

, (16)

где V – объем газа; F – площадь окружающих газ стенок.

    Эффективную степень черноты  стенки можно определить по формуле

, (17)

где – степень черноты стенки, которая принимается с учетом указаний к заданию к курсовой работе.

 

_{При температуре ТW:}

β – поправка на парциальное давление водяного пара = 1,22

 

2.3. Теплоотдача с  жидкостной стороны  стенки

   

  Необходимо подобрать  уравнение подобия  для теплоотдачи  в кольцевом щелевом  канале для условий,  при которых режим  течения жидкости  вероятнее всего  будет турбулентным.

    Для этого случая пригодно уравнение подобия  М.А. Михеева

      (18)

    По  этой формуле определяются средние значения коэффициента теплоотдачи  в трубах и каналах  при турбулентном режиме течения жидкости. Она справедлива  для канала любой  формы, в том числе  и для кольцевого (d₂/d₁ = 1…5,6) при Re_f = 10⁴…5∙10⁶ и Pr_f = 0,6…2500, определяющая температура t₀ = t_f, определяющий размер l₀ = d_эк (см. пояснение к уравнению (2)).

    Здесь t_f – средняя температура жидкости, определяется как полусумма входной и выходной температур:

      (19)

    Температура на входе задана, а температура определяется из уравнения теплового баланса – тепловой поток, подведенный к охладителю на данном участке , полностью расходуется на его нагрев:

      (20)

    Необходимые для вычисления чисел  подобия теплофизические  свойства берутся при определяющей температуре t_f, число Pr_w вычисляется при температуре стенки со стороны жидкости t_w2. Этой температурой иногда приходится задаваться, она не должна быть ниже заданной температуры охладителя и выше температуры его кипения.

    Эквивалентный диаметр для кольцевого щелевого канала

     , (21)

где δ₁ – ширина кольцевого щелевого канала, которая является искомой величиной. В работе необходимо задаться величиной δ₁ в пределах 2…5 мм, искомая величина находится в этих пределах. 

 

 

 

 
 

Заключение 

    В ходе выполнения данной курсовой работы проанализировано явление радиационно-конвективного  теплообмена, расчету которого посвящена  данная задача. В 1 части работы рассмотрен конвективный теплообмен между стенкой  камеры сгорания и высокотемпературным  газовым потоком, имеющим большую  скорость движения. В результате найдена  плотность конвективного теплового  потока q_к=8,03 МВт/м². Во 2 части рассматривался радиационный теплообмен между газом и стенкой. В итоге рассчитана плотность радиационного теплового потока q_р=0,71 МВт/м². И в последней, третьей, части определена искомая ширина кольцевого щелевого канала δ =0,54 мм.

    Список  литературы. 

1. Алемасов  В. Е., Дрегалин А. Ф, Тишин А. П., Теория ракетных двигателей. – М.: Машиностроение, 1969.
2. Болгарский А. В., Голдобеев В. И, Идиатуллин  Н. С. Сборник задач по термодинамике и теплопередаче. – М. Высшая школа, 1972.
3. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М.: Наука, 1972.
4. Идиатуллин Н. С, Методическое пособие к курсовой работе по теории теплообмена. – Казань: Изд-во КАИ, 1974.
5. Исаченко В. П., Осипова В. А, Сукомел А. С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981.
6. Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1990.
7. Мухачев Г. А., Щукин В. К, Термодинамика и теплопередача: учеб. для авиац. Вузов. М.: Высшая школа, 1991.
8. Теория тепломассообмена: учебник для технических университетов и вузов / Под ред. А. И. Леонтьева. – М.: Изд-ва МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997.
9. Юдаев Б. Н. техническая термодинамика. Теплопередача: учеб. для неэнерг. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1988.