Расчет конвективного охлаждения стенки камеры жидкостно-ракетного двигателя
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Расчет конвективного охлаждения стенки камеры жидкостно-ракетного двигателя
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Задание
Исходные данные
1. Определение геометрии сопла
. Расчет участка №1
.1 Расчет конвективного теплового потока от газа к стенке
2.2 Расчет лучистого теплового потока
.3 Определение линейной плотности теплового потока
.4 Расчет сопротивления теплоотдачи со стороны газа
.5 Расчет сопротивления теплопроводности
.6 Расчет характеристик системы теплоотвода
. Расчет участков дозвуковой части
. Расчет участка, содержащего критическое сечение сопла
.1 Расчет конвективного теплового потока от газа к стенке
4.2 Расчет лучистого теплового потока
.3 Определение линейной плотности теплового потока
.4 Расчет сопротивления теплоотдачи со стороны газа
.5 Расчет сопротивления теплопроводности
.6 Расчет характеристик системы теплоотвода
. Расчет участков сверхзвуковой части сопла
Выводы
Перечень ссылок
Введение
В ЖРД широко используют конвективное охлаждение стенки камеры (последнюю образуют камера сгорания и сопло Лаваля). Здесь охлаждение обеспечивают прокачкой жидкости (горючего) по зазору между наружной поверхностью стенки и охватывающей ее рубашкой. Если расход охладителя и условия теплообмена достаточны для отвода от стенки всей теплоты, которая поступает от высокотемпературного потока газообразных продуктов сгорания, то обеспечен стационарный тепловой режим работы стенки. Чтобы уменьшить отвод теплоты в стенку и снизить ее температуру, на внутреннюю поверхность стенки наносят слой защитного покрытия из жаростойкого материала с малой теплопроводностью.
Задание
Определить расход охладителя , обеспечивающий стационарный режим работы системы, и найти температуру поверхностей стенки со стороны газа и жидкости .
Исходные данные
Вариант №9
- массовый расход продуктов сгорания кг/с;
состав продуктов сгорания:
, , , , ;
полная температура и давление продуктов сгорания
К, Бар;
материал защитного покрытия ZrSi, его толщина мм;
материал стенки 1Х18Н9Т, ее толщина мм;
толщина зазора между стенкой и рубашкой мм;
вид охлаждающей жидкости
горючее-, окислитель-;
начальная температура охлаждающей жидкости =40 С .
1. Определение геометрии сопла
Определю геометрию рассматриваемого участка и параметры газа в критическом, входном и выходном сечениях.
(м/с) - скорость звука.
Известно, что , . Найду с помощью газодинамической функции:
.
Подставив найденное в газодинамическую функцию давления, найду :
Определю газодинамическую функцию плотности, а по ней и функцию расхода для рассматриваемого сечения:
.
.
Найду площадь сечения из уравнения Христиановича:
м2.
Определяю радиус выходного сечения сопла:
.
м.
Аналогичным образом рассчитаю геометрию в сечениях и .
Сечение :
.
.
м2.
м.
Сечение :
.
м2.
м.
Найду длины дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла:
м.
м.
Определю скорость газа в сечении 1 и сечении 2:
м/с.
м/с.
Разбиваю сопло Лаваля на 15 участков, и для каждого из них буду решать задачу теплопередачи через цилиндрическую составную стенку с неизменными по длине соответствующими параметрами. Разобью сопло следующим образом:
Дозвуковая часть : 1) 0,02 м, 2) 0,04 м, 3) 0,06 м 4)0,08 м, 5)0,1 м, 6)0,12, 7)0,14, 8)0,1602.
Сверхзвуковая часть: : 9) 0,02 м, 10) 0,04 м, 11) 0,06 м, 12) 0,08 м, 13)0,1, 14)0,12, 15)0,1431.
2. Расчет участка №1
.1 Расчет конвективного теплового потока от газа к стенке
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=2311.3 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.
О?/p>