Расчет конвективного охлаждения стенки камеры жидкостно-ракетного двигателя
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ределяю коэффициент теплопроводности смеси:
0.204
Определяю динамическую вязкость :
Н*с/м2.
Определю критерий Прандтля при данной определяющей температуре:
.
Проверю допущение, что .
Данное значение практически совпадает с допущением. Дальнейшие расчеты веду при .
Для определения критерия Re принимаю определяющим размером расстояние от критического сечения до рассматриваемого участка согласно .
м.
м2.
Нахожу Nu из критериального уравнения:
Определяю теперь коэффициент теплоотдачи :
Вт/м К.
По формуле Ньютона-Рихмана найдем плотность теплового потока:
Вт/м2.
2.2 Расчет лучистого теплового потока
Для вычисления плотности лучистого теплового потока применяю следующие зависимости:
.
В составе продуктов сгорания в задании существенно лишь влияние излучения ; тогда определяю их парциальные давления:
Па.
Па.
Длина теплового луча через объем газа V и площадь поверхности отвечающей ему оболочки F:
м.
находят по справочникам, исходя из , вида покрытия стенки и условий его работы( наличие окислов, сажи). В первом приближении можно принять=0,9.
Вт/(м2 К4).
Для определения степеней черноты воспользуюсь номограммамиРассчитав Па*м и Па*м, получаю из номограммы:
Коэффициент поглощения газовым объемом эффективного излучения стенок по рекомендациям принимаю равным , рассчитанным при температуре стенки. Из той же номограммы найду при температуре стенки 1400 К, что
Тогда
0,965
=1.313*106Вт/м2.
2.3 Определение линейной плотности теплового потока
Применив принцип аддитивности, рассчитываю суммарный тепловой поток:
8.293*105+1.313*106=2.142*106Вт/м2.
Линейную плотность теплового потока рассчитываю по формуле:
Вт/м.
2.4 Расчет сопротивления теплоотдачи со стороны газа
Линейное термическое сопротивление со стороны газа представлено выражением:
охладитель стенка газ тепловой
Здесь коэффициент теплоотдачи между газом и стенкой определяется суммарным тепловым потоком и зависит от того, какая температура газа присутствует в уравнении теплопередачи.
Имею:
1247Вт/м2К.
м К/Вт.
2.5 Расчет сопротивления теплопроводности
Величина линейного термического сопротивления складывается из соответствующих сопротивления покрытия и собственно стенки.
Коэффициент теплопроводности покрытия Вт/м К нахожу по справочнику. Рассчитываю сопротивление для покрытия:
м К/Вт.
Это сопротивление вызывает перепад температуры
0,0001619=693,366 К, рассчитанный перепад не превышает значений, опасных с точки зрения разрушения покрытия.
Теперь определю температуру стенки
1400-693,366 =706,634 К.
После сопоставления с пределом работоспособности материала стенки, делаю вывод, что для стали 1Х19Н9Т, у которой допустимой является работа при 1250 К, такая температура приемлема.
Определю сопротивление самой стенки:
м К/Вт
=286,422 К
Нахожу температуру стенки, примыкающей к охладителю:
706,634 -286,422 =420,191 К.
Расчетная температура поверхности жидкости не превышает порога, при котором жидкость будет кипеть и охлаждаться, т.е. 470-520 К.
2.6 Расчет характеристик системы теплоотвода
Необходимый для обеспечения стационарного режима работы расход охладителя определяю из системы уравнений:
Получаю Gж=6,9902 кг/с.
Термическое сопротивление теплоотдачи со стороны жидкости определю из уравнения теплопередачи:
м =0,00002411К/Вт.
Далее определяю коэффициент теплоотдачи , который бы обеспечил найденное .
24,11 10-6)= 20570Вт/м2 К.
Связь и искомым расходом жидкости в безразмерном виде выражается критериальным уравнением Михеева:
.
Подставив критерий Нуссельта в это уравнение, определ. критерий Рейнольдса.
Рассчитанное значение расхода удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ЖРД.
По найденному расходу жидкости определяю скорость течения жидкости в минимальном сечении канала:
.
Подставив значения, в том числе и плотности жидкости при определяющей температуре =750 кг/м3, получаю:
11,285 м/с.
Рассчитанная скорость так же попадает в допустимый интервал значений (не должна превышать 50-60 м/с).
Найду температуру жидкости и газа в конце участка:
К
3. Расчет участков дозвуковой части сопла
Привожу расчет теплового потока, расчет линейной плотности теплового потока, температуры стенки со стороны жидкости и под покрытием, а также температуры газа и жидкости для всех участков дозвуковой части сопла ЖРД в виде таблицы для анализа.
Номер участкаTgaz Кq Вт/м2 *106ql Вт/м *106Twn КTwж КTж КI31202,1424.284706,6420,2313II31192,2134,126693,5424,7316III31182,2763,994684,1439,1318IV31172,3243,875676,3445,4321V31162,3983,763662,4450,1322VI31152,4363,652653,8456324VII31132,4913,512642,9461,8325VIII31112,5533,407649,5467,6327
4. Расчет участка, содержащего критическое сечение сопла
4.1 Расчет конвективного теплового потока от газа к стенке