Расчет тепловых противообледенительных систем (внешняя задача). РГР-Сажин-изм.. новосибирский государственный технический университет
 Скачать 303.09 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ образовательное учреждение высшего образования «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ____________________________________________________________________ Кафедра технической теплофизики  РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА на тему: ‹‹ Расчет тепловых противообледенительных систем (внешняя задача) ›› по дисциплине: ‹‹ Проектирование систем защиты ›› Выполнил:Проверил: Студент гр. ГС-61, ФЛА к.т.н. доцент Аюров Б. Ч. Сажин И. А. «___» ______ 20__г.«___» ______ 20__ г. _________________ _________________ (подпись) (подпись) Новосибирск 2021 Расчет тепловых противообледенительных систем (внешняя задача). Рассмотрим внешнюю задачу тепло- и массообмена необогреваемого профиля, которая включает в себя расчет потребного теплового потока ПОС, распределение его по поверхности и определение протяженности зон обогрева.  Рис. 1. – Схема тепловых потоков на защищаемой поверхности в условиях обледенения.  – плотность теплового потока, расходуемого на конвективный теплообмен с окружающей средой; – плотность теплового потока, необходимого для испарения воды, захватываемой профилем; – плотность теплового потока, излучаемого поверхностью; – поток тепла, выделяющийся при кристаллизации переохлажденных капель на поверхности; – тепловой поток, необходимый для нагрева слоя льда до  (при начальной температуре поверхности  ); – тепловой поток от аэродинамического нагрева (от трения воздуха в пограничном слое); – тепловой поток, обусловленный превращением кинетической энергии капель в тепловую при их соударении с поверхностью.Необходимая потребная тепловая мощность ПОС определяется тем количеством тепла, которое компенсирует все эти тепловые потоки (тепловые потери) и обеспечивает нулевую или положительную температуру защищаемой поверхности. Рассматривая, уравнение теплового баланса поверхности в условиях обледенения, нет необходимости представлять его в виде суммы всех перечисленных выше потоков. Расчеты показывают, что такие составляющие, как  составляет всего несколько процентов от общей плотности теплового потока на поверхности. Поэтому при расчете необходимой тепловой мощности для обогрева большинства внешних частей летательных аппаратов этими второстепенными членами можно пренебречь.При таком допущении уравнение теплового баланса на поверхности можно представить в виде:  Рассмотрим основные составляющие этого уравнения: конвективный тепловой поток определяется по формуле Ньютона-Рихмана:  где  – коэффициент теплоотдачи,  ; – температура поверхности,  ; – местная температура на внешней границе гидродинамического пограничного слоя в точке, где местная скорость обтекания профиля равна  .Из первого закона термодинамики для потока идеального газа можно получить:   – теплоемкость воздуха,  .Местная скорость рассчитывается по формуле:   – местное значение коэффициента давления.Местные коэффициенты теплоотдачи для плоской пластины при ламинарном течении в пограничном слое обычно рассчитываются по формуле Польгаузена:  При расчете местного коэффициента теплоотдачи для плоской пластины при турбулентном пограничном слое наиболее широкое использование нашла формула Колберна:  Очевидно, что эти формулы не позволяют получить решение для передней кромки профиля. Поэтому носок профиля заменяется эквивалентным цилиндром, с  .Поэтому местный коэффициент теплоотдачи на передней кромке профиля при ламинарном режиме течения может быть найден из следующей критериальной зависимости:  Аналогично при турбулентном режиме течения будем иметь для передней кромки профиля:  Число Нуссельта:   – диаметр эквивалентного цилиндра носка профиля, определяемый графически или по методу наименьших квадратов; – коэффициент теплопроводности среды,  .Число Рейнольдса:   – кинетическая вязкость,  .Число Прандтля:   – коэффициент теплопроводности, .Тогда коэффициент теплоотдачи:   Тепловой поток, расходуемый на испарение воды с защищаемой поверхности:   – скрытая теплота парообразования,  ; – масса испарившейся жидкости с единицы площади поверхности в единицу времени,  .Или с учетом кинетики процесса массообмена:   – коэффициент массообмена, вычисленный по разности парциальных давлений водяного пара (упругости водяных паров); – упругость насыщенного водяного пара при температуре ,  ; – упругость насыщенного пара при температуре , .Чаще тепловой поток определяют по равновесной температуре пограничного слоя  . Следует учесть часть тепла, возмущаемую за счет скоростного нагрева:  – упругость насыщенного водяного пара, вычисленная по температуре , .Местное значение равновесной температуры пограничного слоя определяют через температуру на его внешней границе :  – коэффициент восстановления температуры в пограничном слое. , для ламинарного ПС; , для турбулентного ПС. Будем считать, что при совместном протекании процессов тепло и массообмена справедлива приближенная аналогия Рейнольдса  , (поток массообмена не очень велик), т. е.  – местное давление на внешней границе пограничного слоя, . Тепловой поток, связанный с аэродинамическим нагревом от трения в ПС, можно вычислить по формуле:  Тогда:  Множитель, заключенный в квадратные скобки, называется множителем Харди. Из расчета зоны и коэффициента улавливания по методу Берграна для профиля  .    ,  ; ,  . , ; ,  .  ,  ; ,  .  ,  ; ,  . Рис. 3. – Схема процесса растекания воды (зоны улавливания и затекания воды). Исходные данные и расчет в приложении 1. |