Расчет конвективного охлаждения стенки камеры жидкостно-ракетного двигателя
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Конвективный тепловой поток от газа к стенке вычисляется по формуле Ньютона-Рихмана, вводя характерное значение газа в пограничном слое:
.
В качестве определяющей берут температуру при М=0,3…1,6, где - температура восстановления.
Так как в данной формуле присутствует величина ,зависящая от коэффициента r, а он, в свою очередь, зависит от свойств газа, то необходимо использовать метод последовательных приближений. В первом приближении берут r=0.85…0.88. Принимаю r=0.88, а затем уточню его с помощью связи :
Температура поверхности стенки (покрытия) со стороны газа в начале расчета неизвестна. Поэтому ее значение принимают несколько меньшим предельных величин, допускаемых свойствами материалов покрытия. В частности, для ZrSi предельной считают температуру 1600К. Принимаю K.
Определяю температуру восстановления:
К.
Значения теплоемкости, теплопроводности ?, динамической вязкости ? компонентов беру из [1] при данной определяющей температуре газа T=2239 К.
кДж/кмоль К.
кДж/кмоль К.
кДж/кмоль К.
кДж/кмоль К.
Вт/м*К.
Вт/м*К.
Вт/м*К.
Вт/м*К.
Н*с/м2.
Н*с/м2.
Н*с/м2.
Н*с/м2.
Определяю молекулярную массу смеси:
Теперь, подставив найденные значения с учетом заданных , определяю теплоемкость смеси:
=2046 Дж/кг К.
Определяю 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 диаметр критического сечения:
м.
м2.
Нахожу Nu из критериального уравнения:
Определяю теперь коэффициент теплоотдачи :
Вт/м К.
По формуле Ньютона-Рихмана найдем плотность теплового потока:
Вт/м2.
4.2 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
0,976
=1,197*106Вт/м2.
4.3 Определение линейной плотности теплового потока
Применив принцип аддитивности, рассчитываю суммарный тепловой поток:
12,9*105+1.197*106=2.559*106Вт/м2.
Линейную плотность теплового потока рассчитываю по формуле:
Вт/м.
4.4 Расчет сопротивления теплоотдачи со стороны газа
Линейное термическое сопротивление со стороны газа представлено выражением:
Здесь коэффициент теплоотдачи между газом и стенкой определяется суммарным тепловым потоком и зависит от того, какая температура газа присутствует в уравнении теплопередачи.
Имею:
1400Вт/м2К.
м К/Вт.
4.5 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
0,0000987=760,9 К, рассчитанный перепад не превышает значений, опасных с точки зрения разрушения покрытия.
Теперь определю температуру стенки
1400-760,9 =639,1 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
=167,6 К
Нахожу температуру стенки, примыкающей к охладителю:
639,1 -167,6 =471,5 К.
Расчетная температура поверхности жидкости не превышает порога, при котором жидкость будет кипеть и охлаждаться, т.е. 470-520 К.
4.6 Расчет характеристик системы теплоотвода
ж=6,9902 кг/с.
Термическое сопротивление теплоотдачи со стороны жидкости определю из уравнения теплопередачи:
м =0,0000354К/Вт.
Далее определяю коэффициент теплоотдачи , который бы обеспечил найденное .
35,4 10-6)= 20970Вт/м2 К.
Связь и искомым расходом жидкости в безразмерном виде выражается критериальным уравнением Михеева:
.
Подставив критерий Нуссельта в это уравнение, определ. критерий Рейнольдса.
&n