Читайте также:
|
|
Первоначально для расчетов конвективного теплообмена в РДТТ применяли простые критериальные формулы, полученные обработкой опытных данных [2]:
Nu = 0,0225Re°'8Pr0'4,
где число Рейнольдса определено по эквивалентному диаметру d =4F/П (F-площадь проходного сечения, П — периметр сечения), а теплофизические характеристики газа взяты при температуре ядра потока.
Расчетные методики конвективного теплообмена в РДТТ возникли на основе классических интегральных теорий турбулентного пограничного слоя.
Модель B.C. Авдуевского [19]. Замыканием интегральных соотношений эмпирическими законами трения и теплообмена на пластине получена расчетная зависимость для значения чисел Стантона на гладкой непроницаемой стенке, обтекаемой градиентным потоком:
;
;
.
Здесь - эффективная длина пограничного слоя,
(индекс "1" относится к сечению начала турбулентного режима пограничного слоя).
Зависимость (5.1) справедлива для течения с отрицательным градиентом давления, так как введение эффективной длины соответствует равенству толщин потери энергии в градиентном и безградиентном течениях. Тепловой поток в стенку определяется выражением
qw(s)=St wUe(He-Hw).
В пограничном слое тракта РДТТ на конвективный теплообмен оказывают влияние следующие возмущающие факторы:
вдув продуктов пиролиза и гетерогенного окисления композиционных материалов;
шероховатость поверхности материалов;
турбулентность ядра потока.
В рассматриваемой модели теплообмена влияние этих факторов в практике проектирования учитывают независимо друг от друга поправочными множителями (вычисленное с помощью (5.1) значение коэффициента теплообмена умножают на соответствующее значение ).
Дня турбулентного режима переноса нашла применение эмпирическая формула учета вдува [24]:
,
; .
Здесь Ме — молярная масса газа на внешней границе пограничного слоя; Mw — молярная масса вдуваемого газа. Показатель степени зависит от значения Me/Mw:
; ;
.
В соплах РДТТ влияние вдува на конвективный теплообмен незначительно ввиду малых значений параметра вдува ВТ. Так, на поверхности элемента, выполненного из углепластика, в окрестности минимального сечения снижение тепловых потоков не превышает 3%. В корпусе двигателя материалы тепловой защиты имеют большее газовыделение при пиролизе, и уровень конвективного теплообмена значительно ниже, чем по соплу. В этом случае уменьшение тепловых потоков из-за вдува может составить 8...11%.
Наличие вдува в пограничный слой приводит и к уменьшению значений коэффициента восстановления [15].
Параметр вдува определен как В= , где cf — коэффициент трения на непроницаемой стенке, но с учетом сжимаемости. Опытные данные аппроксимированы зависимостью
.
Однако расчеты при Рrт=1,0; В= 0,1; 1,0; 10,0 приводят к отрицательным значениям коэффициента восстановления. Поэтому опытные данные обработаны в виде изменения относительных значений коэффициента восстановления от параметра вдува В:
/
Для оценки поправочного множителя из-за шероховатости можно воспользоваться экспериментальными данными работы [24] и данными, полученными при сверхзвуковом обтекании конусов*. Результаты экспериментов (рис. 5.2) указывают на интенсификацию трения и телпообмена и отсутствие аналогии Рейнольдса; при достижении определенного значения высоты элементов шероховатости наступает стабилизация теплообмена, а трение продолжает увеличиваться.
__________________
*Линь Т.К., Байуотер Р.Дж. Модели турбулентности для высокоскоростных пограничных слоев на шероховатых поверхностях // Ракетная техника и космонавтика, 1982. Т. 20. № 4. С 29-40.
Для практических оценок интенсификации теплообмена принята стабилизация значений St/St0 начиная с ks =0,33 мм, а в диапазоне ks =0...0,33 мм можно вычислять значения поправочного множителя по зависимости
Кш =1+0,151 ,
где k измеряется в мкм.
Рис, 5.2. Интенсификация трения и теплообмена на шероховатой поверхности:
— - конус, 45°; О — конус, 5°; М=2, 4, сf/cfo; - конус, 5°; М=4, 7, St/St0; - • - - зависимость .
Турбулентность ядра потока влияет на процессы переноса в пограничном слое.
Установлено, что внешняя турбулентность больше влияет на теплообмен, чем на трение, и с ростом значения числа Прандтля это влияние снижается. Значение коэффициента интенсификации определяет эмпирическая зависимость*
;
;
;
;
; .
Модель ДР. Бартца. Для сопел с небольшими углами до- и сверхзвуковой частей на основе интегральных соотношений пограничного слоя на пластине предложена зависимость для расчетов конвективного теплообмена на гладкой непроницаемой стенке сопла с учетом переменности свойств сжимаемого газа по толщине пограничного слоя:
_______________
*Пядишюс А.А., Кажимекас П.-В.А., Жукаускас А.А. Влияние турбулентности Набегающего потока жидкости на теплоперенос в турбулентном пограничном слое // Тр. АН Лит. ССР. Сер. Б, 1983, № 3 (136). С. 59-67.
,
где А - коэффициент согласования с экспериментальными данными, имеющий значение 0,026 для дозвуковой части и 0,023 для сверхзвуковой; Ro — радиус входного сечения сопла; l 0 — длина предсоплового объема; Re = ; R — радиус расчетного сечения сопла; индекс ref относится к некоторому эталонному значению температуры.
Рис. 5.3. Распределение значений коэффициентов теплообмена по тракту сопла Лаваля:
р0 =5МПа; 1 - расчет по (5.1); 2 -расчет по (5.2)
Тепловой поток в стенку определен выражением
.
Модели B.C. Авдуевского и Д.Р. Бартца конвективного теплообмена в классических соплах Лаваля на основе интегральных соотношений теории пограничного слоя для гладких непроницаемых стенок дают в ряде случаев близкие друг к другу значения коэффициентов теплообмена (рис. 5.3). Температурный фактор принят равным 0,8 и постоянным по длине сопла.
Дата добавления: 2015-07-16; просмотров: 132 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Реагирующего газа на различных участках газового тракта | | | ИНТЕГРАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ |