Теплоотдача с газовой стороны стенки

 

Стенки камеры сгорания с внутренней стороны омывает высокотемпературный газ, имеющий большую скорость движения. Этот газ представляет собой продукты сгорания топлива и является многокомпонентной газовой смесью.

В силу сложности и недостаточной изученности процесса теплоотдачи возникают большие (а иногда непреодолимые) трудности в теоретическом исследовании этого явления. Поэтому в подавляющем большинстве случаев расчетная методика теплоотдачи основана на экспериментальных исследованиях. Результаты опытного исследования представляются в виде уравнений подобия. Результаты большинства имеющихся теоретических и полуэмпирических исследований также представлены в виде уравнений подобия. Поэтому одна из целей данной курсовой работы – научиться пользоваться уравнениями подобия для расчета процессов теплоотдачи.

 Конвективный теплообмен между стенкой камеры и высокотемпературным потоком рассматривается как теплоотдача между газовым потоком, имеющим большую скорость, и стенкой канала.

1)Вычисление числа Маха Ма:

; -скорость звука;

; -плотность потока;

, -площадь сечения канала;

; -скорость потока;

 

2) Вычисление определяющей температуры Т_о, при этом в большинстве случаев необходимо задаваться температурой стенки T_w и коэффициентом восстановления r.

Температура восстановления потока определяется по формуле

;

;

.

 3)Вычисление теплофизических свойств газовой смеси μ, λ, с_р при определяющей температуре.

r_H2O=0,3595                       m_H2O=18         

r_H2=0,638                 m_H2=2

 

При температуре потока T_f1=2080 K

Газ	μ,10-6 Па∙с	λ,10-3 Вт/(м∙К)	ср, кДж/(кг∙К)
	72,15	294,18	2,82
	31,56	779,72	17,29

 

Для определения динамического коэффициента вязкости газовой смеси рекомендуется формула

,                                                                                                (5)

где  – объемная доля компонента в смеси;  – коэффициент динамической вязкости отдельного компонента, который берется при определяющей температуре; N – число компонентов.

;

 

аналогичные расчеты проводятся для остальных компонентов смеси. Таким образом,

.

 

Для приближенной оценки коэффициента теплопроводности газовой смеси применяется следующая формула

, где - коэффициент теплопроводности отдельного компонента.

 

     Произведя аналогичные расчеты для других компонентов, получим .

 

Для приближенной оценки теплоемкости смеси предлагается формула

, где - теплоемкость отдельного компонента.

.

 

     Аналогично для остальных компонентов газовой смеси. Поэтому

 

.

 

     При температуре стенки T_w=1253 K

Газ	μ,10-6 Па∙с	λ, Вт/(м∙К)	ср, кДж/(кг∙К)
	50,83	175,41	2,466
	22,75	511,13	15,498

 

 

 

     При определяющей температуре Т₀=1623,5 К

 

Газ	μ,10-6 Па∙с	λ, Вт/(м∙К)	ср, кДж/(кг∙К)
	61,17	229,53	2,65
	26,91	632,69	16,43

 

 

 

 

4)Вычисление чисел подобия Re и Pr.

Re_f и Re - числа Рейнольдса, подсчитанные по температуре потока Т_f1 и определяющей температуре T₀ соответственно.

 

 

 

, , - числа Прандтля, подсчитанные по температуре потока Т_f1, температуре стенки Т_w и определяющей температуре T₀ соответственно.

 

 

5)Вычисление чисел подобия Re и Pr.

Уравнение подобия, предложенное М. А. Михеевым:

 Уравнение, предложенное для расчета теплоотдачи в ракетных двигателях:

   6)Вычисление коэффициента теплоотдачи α  при температуре T_f1 и Т₀ соответственно:

 

   7)Уточнение числа r и температуры T_r.

 – коэффициент восстановления для турбулентного потока при температуре потока Т_f1=2080 K.

При температуре Т₀=1623,5 К:

 

Уточняем температуру восстановления потока Т_r

   8)Определение плотности конвективного теплового потока q_к.

С учетом нестабилизированности потока α_к необходимо умножить на коэффициент ε_l = 1,082. Тогда конвективный удельный тепловой поток равен

.

При T_f1:

При T₀: .