Теплообмен в соплах
 Скачать 78.52 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Казанский национальный исследовательский технический университет – Казанский авиационный институт им. А.Н.Туполева Институт авиации, наземного транспорта и энергетики Кафедра: ТиЭМ Курсовая работа на тему: «Теплообмен в соплах» Задание 3 Вариант 4 Выполнил: студент группы 1329 Козлов Е.В. Проверила: к.т.н., доцент Коханова С.Я. Казань 2017 Оглавление Введение……………………………………………………………………………3 Задание……………………………………………………………………………...4 1. Расчет радиационно-конвективного теплообмена между п.с. и стенкой……6 1.1 Теплоотдача с газовой (внутренней) стороны стенки………………… 6 1.2 Расчет радиационного теплообмена между газом и стенкой………….8 1.3 Расчет наружного охладителя…………………………………………. 9 Список литературы………………………………………………………………. 17 Введение Стенка камеры или сопла ЖРД с внутренней стороны омывается высокотемпературным и высокоскоростным газовым потоком, представляющим собой продукты сгорания ракетного топлива, а с наружной стороны – охлаждающей жидкостью. Для тепловой защиты стенка с газовой стороны может быть покрыта слоем жаропрочного материала. Между газовым потоком и стенкой процесс теплообмена происходит как соприкосновением, так и излучением, т.е. имеет место процесс радиационно-конвективного теплообмена; со стороны охлаждающей жидкости происходит процесс теплоотдачи, а через стенку (с защитным покрытием или без него) теплота передается путем теплопроводности. В целом все процессы теплообмена, связанные с охлаждением стенки сопла, представляют собой теплопередачу от газового потока к охлаждающей жидкости через разделяющую стенку. Таким образом, расчет наружного охлаждения ЖРД сводится в основном к решению задачи теплопередачи через стенку камеры или сопла.  Задание 3 Вариант 4 Достаточная прочность стенок камеры ЖРД обеспечивается поддержанием ее температуры в определенных пределах за счет охлаждения с наружной стороны. Необходимая интенсивность охлаждения  при заданном ограниченном расходе охладителя  (одного из компонентов топлива или воды) достигается подбором проходного сечения кольцевого щелевого канала для охладителя. Необходимо рассчитать ширину  этого канала так, чтобы температуру стенки  , омываемой газом, можно было поддержать в пределах допустимых значений при стационарном режиме теплообмена.Исходные данные:
давление  ;расход  ;состав продуктов сгорания с известными значениями средней молекулярной массы m=23,49 г;         газовая постоянная R=354.1 Дж/(кг*К); отношением теплоемкостей k=1,21;
диаметр сечения D=0,22 м; расстояние до него от критического сечения x=0,27 м; длина участка сопла ∆L=30 мм=0,03 м; толщина стенки сопла  ;
расход  ;давление  ;температура  охладителя на входе в рассматриваемый участок.По ходу расчета необходимо определить:
1. Расчет радиационно-конвективного теплообмена между п.с. и стенкой. 1.1 Теплоотдача с газовой (внутренней) стороны стенки 1) Определение числа Маха М   Площадь поперечного сечения канала  Скорость потока  Скорость звука  Число Маха  2) Вычисление определяющей температуры  газаТ.к. М > 1,6 и  =>    3) Вычисление свойств газовой смеси  по определяющей температуре  а) Вычисление   б) Коэффициент теплоемкости смеси  в) Теплоемкость смеси   4) Вычисление критериев подобия   5) Вычисление числа Нуссельта и коэффициента теплоотдачи   6) Плотность конвективного теплового потока  1.2 Расчет радиационного теплообмена между газом и стенкой 1) Расчет парциального давления излучающих компонентов и оценка эффективной длины луча В продуктах сгорания ЖРД только компоненты  имеют существенное излучение. Поэтому только они принимаются во внимание при расчете радиационных характеристик газа.   Процесс излучения газа носит объемный характер, т.е. происходит во всем объеме газа. Для оценки объема используется эффективная длина луча, которая принимается    2) Определение степени черноты газа (при  Степень черноты:  (  (   где   Коэффициент, учитывающий взаимное поглощение между излучающими компонентами  Степень черноты газа  3) Определение поглощающей способности газа (при  Газ поглощает излучение стенки. Поглощающая способность      4) Вычисление эффективной степени черноты  Степень черноты стенки  Эффективная степень черноты стенки  5) Определение плотности радиационного теплового потока   - коэффициент излучения абсолютно черного тела  6) Суммарная плотность теплового потока от газа к стенке  1.3 Расчет наружного охладителя 1) Вычисление наружной температуры стенки Тепловой поток, передаваемый через стенку теплопроводностью 
  б)  Необходимое условие   а) во 2-ом приближении       б)  Необходимое условие  Не подходит к условию, значит понижаем  а) в 3-eм приближении       б)  Необходимое условие  Подходит к условию, значит проводим расчет дальше. 2) Вычисление определяющей температуры  а) температура на выходе из рассматриваемого участка  , т.к. где 
  б) определяющая температура охладителя  3) Вычисление критериев подобия Re и Pr охладителя    Для проведения расчетов ширины кольцевого канала задаемся шириной кольцевого канала  Для кольцевого канала  Из уравнения расхода скорость охладителя  где площадь поперечного сечения кольцевого канала  Число Прандтля   4) Вычисление критерия подобия Нуссельта  5) Вычисление   6) Вычисление плотности теплового потока от стенки к охладителю  7) Сравниваем q со значением   Приближение выбрано не точно, т.к.  < 0, нужно увеличить  , которое находиться в диапазоне от 0,002 до 0,005, но у нас оно уже максимальное. Значит, повышаем  .в)  Принимаем значение       2) Вычисление определяющей температуры а) температура на выходе из рассматриваемого участка , т.к.где
 б) определяющая температура охладителя  3) Вычисление критериев подобия Re и Pr охладителя    Для проведения расчетов ширины кольцевого канала задаемся шириной кольцевого канала Для кольцевого канала  Из уравнения расхода скорость охладителя  где площадь поперечного сечения кольцевого канала  Число Прандтля  4) Вычисление критерия подобия Нуссельта  5) Вычисление   6) Вычисление плотности теплового потока от стенки к охладителю  7) Сравниваем q со значением  Приближение выбрано точно и расчет завершен. Список литературы
|
;
; 
и температуру 
охладителя на выходе из рассматриваемого участка.