Авдуевский (Авдуевский В.С. (ред), 1992 - Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике)

ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В АВИАЦИОННОИ И РАКЕТНОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ Под общей редакнисй академика В.С. Авдуевского и Заслуженного деятеля науки и техники РСФСР профессора В.К. Кошкина Рекомвкдоеако Комияытвом яо выемей такоае Миккояырееыа кадки, выовей квкакы и яыкиичеекой яояиявики Роеоийекоа Фвдвраиии в каквюаве ичвбкика дме етвдектвое аеиаияоикык еаеикалвяоетввй едэюа Москва ° Машиностроение. 199й ББК 39.52-01я73 0-75 УДК 1621.43.016.4; 629.71 (075.8) Авторы: В. С. Авдуевский, Б.

М. Галнцсйскнй, Г. А. Глебов, Ю. И. Данилов, Г. А. Дрсйцер, Э. К. Калинин, В. К. Кошкин, Т. В. Михайлова, А. М. Молчанов, Ю. А. Рыжов, В. П. Солнцев Р е ц е н з е н т кафедра «Теоретические основы теплотехники» МГТУ имени Н. сп Баумана Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-косми- 0-75 ческой технике; Учебник для авиационных специальностей вузов'В. С.

Лвдуевский, Б. М. Галпцейскнй, Г. Л. Глебов и дрл 11од общ. ред. В. С. Лвдуевсиогш В. К. Кошкипа.— 2-е изд., перераб, и доп. — Мл Машиностроение, !992.— 528 сл ил. 15ВХ 5-2! 7-01338-9 Второе издание !1-е изд, 1975 г.) переработано и дополнено матерпаламн по радиапноюш-конасктивпому теплообмену в высокотемпера. туриых газовых потоках и гсплообмбиу в двухфазных потоках. 2703140400 -427 Π— 114 — 91 ББК 39.32-01я73+ 39.02-01я73 1БВ!х! 5-217-0!338-9 Гс1 Издательство «Машиностроениез, 1975 ф В. С. Лвдуевский, Б.

М. Галицейский, Г. Л. Глебов и др., !992, с изменениями и дополнениями ПРБДИСЛОВИЕ Создание и развитие гпперзвуковой и высотной авиации, дальнейшее совершенствование косин веских летательных аппаратов, создание космических аппаратов многоразового действия, совершенствование энергосистем для авиационной и ракетно-космической техники, развитие радиоэлектроники требуют непрерывного совершенствования науки о процессах тепло- и массообмена, развития теории геплопередачи.

Все это обусловило необходимость второго исправленного и дополненного издания учебника. Вопросы совершенствования современных авиационных и космических реактивных двигателей, развитие ядерных энергетических установок, тепловая защита высокоскоростных летательных аппаратов, создание и развитие энергосистем прямого преобразования теплоты в электрическую энергию, развитие криогенной техники потребовали дальнейшего совер~неиствования и развития ряда разделов науки о теплопередаче. Второе издание учебника (первое издание вышло в 1975 г.) существенно переработано и дополнено. При изложении материала учебника проведена ориентация на самостоятельную работу студентов с книгой, что потребовало более подробного изложения ряда вопросов и рассмотрения практических примеров, использования численных методов при решении задач тепломассообмена, Во все главы добавлены новейшие данные.

Введен новый раздел по радиационно-конвективному теплообмену в высокотемпературных газовых потоках, заново перестроены разделы по тепло- обмену на шероховатой поверхности, методы тепловой защиты летательных аппаратов и их элементов, тепловые режимы космических аппаратов. Учебник написан коллективом авторов: В. С. Авдуевским (гл. Ч, Ч1, УП, Х!Ъ', ХЧП, ХНП1, Х1Х), Б. М. Галицейским (гл.

ХЧП1, Х1Х), Г. А. Глебовым (гл. Х1, ХИ), Ю. И. Даниловым (гл. ХП), Г, А. Дрейцером (гл. П!, Ъ'П1), Э. К. Калининым (гл. 1Х, Х, ХП!), В. К. Кошкиным (введение, гл. 1, 11), Т. В. Михайловой (гл. ХП), А. М. Молчановым (гл. ЧП, ХН1), Ю. А. Рыжовым (гл. 1У), В. П. Солнцевым (гл. ХЧ). Авторы выражают благодарность Кравчик Т. Н. и Боковой Л. Н. за большую помощь в подготовке рукописи к печати. Авторы также выражают признательность кафедре теоретических основ теплотехники МГТУ им. Н. Э. Баумана и заведующему кафедрой профессору В. И. Крутову за ценные замечания, позволившие улучшить качество учебника.

1а ОСНОВНЫГ ОЬОЗНАЧКНИЯ а — коэффициент температуропроводностн, мэ/с; скорость звука, м/с; с — удельная теплоемкость, Дж/(кг. К); с — удельная теплоемкость прв о сопз1, Дж/(кг К); с, — удельная теплоемкость прв р = — сопз1, Дж/(кг К); С/ — коэффипвент трения; с — константа геометрического подобия; С; — относительная массовая концентрации /-го компонента; б — диаметр круглого сечения канала, м; бэ — эквивалентный диаметр, м; Π— коэффиииент диффузии, м""/с; Š— модуль упругости,Па; плотвость потока излучения,Вт/мэ; Р, / — площадь поперечного сечения, м'1 6 — массовый расход теплоногнтеля, кг/с; и — ускорение свободного падения, м/сэ; / — энтальпия, Дж'кг; / = / + иэ/2 — полная знтальпия торможения газа, Дж/кг; о з. /ь — спектральная интенсивность излучения, Вт/(и ср); з ь, в — спектральная равновесная интенсивность, Вг/(мз ср); /„+ — спектральная интенсивность в верхнюю полусферу, Вт/(м~ ср); у~ — спектральная интенсивность в нижнюю полусферу.

Вт/(м' ср); йц — линейный коэффициент теплопередачн цилиндрической стенки, Вт/(м К); К вЂ” коэффициент теплопередачи, Втйм' К); й = ср/с„— отношение теплоемкостей (показатель адиабатного про. цесса); й — постоянная Больцмана (й =- 1,38 1О эз Дж/К); йх — спектральный объемный коэффициент поглощения. 1/м; йе — константа равновесии; й/ — константа скорости реакпии; й; — константа скорости обратной реакпии; 1.

Š— длина свободного пробега молекул газа до их соударевия, м; / — длина пилиндрическай трубы; толщина пластины; размер обтекания тела; линейный размер тела. м; Р— давление, Па; Ар — перепад давления, Па; ('1 — количества теплоты или тепла ", Дж; ' Понятия теплоты или тепла — авторы считают полезным н необходимым сохранить оба термина как равнозначныс, так кзк теплота и тепло являются синонимами, Это объясняется также н тем, что классики естествознания. все классические учебники по термодинамике и тсплопередаче и болыпач научко.

техническая литература в раиной степени применялн оба термина. Поэтому нет никакой необходимости пользоваться только одним нз указанных терминов, исключая другой. 4 плотность теплового потока (удельный тепловой поток), Вт~мз; плотность внутренних источников тепловыделения, Вт!м"; —. лнпейная плотность теплоиого потока, Вт/м; -- радиационный тепловой поток, Вт/м'; — . теплота пзрообразования, Дж/кг; -- полное термическое сопротивление, ма К/Вт; радиус йц чп г,: /( =- В,В Дж/(л~оль. К); /тм — радиус затупленна головной частя летательного аппарата, м; поверхность теплообмена, мз -- чемпература, К; — тсмцерюурз набегающего потока, К; — температура насыщения, К; Т вЂ” Т -) х! бт й'— б*"— ц— Т вЂ” Т, б д„', Л— Л- =Т вЂ” Т„б.—— Т вЂ” Т, Т Лм. эвз Ла4 р р Рп и 5-- Т Тп пе йс„ Т,— /- и— о, м— у, г— р ср хаф— х— сев ()— Г а, у ц— 6- вращения, м; универсальная газовая постоянная (/с— температура заторможенного патона, К; температура поверхности, К; температура окружающей среды, К; темпера:ура, '(Л периметр канала, м; отиосичельные скорости, м/с; вектор скорости, м/с; декартовы координаты, м; объемная (мольная) концентрация (-го компонента; аффективная длина, м; )среднеииый параметр; коэффициент теплоотдачи, Вт/(мз К); коэффициент обьемного расширения, 1/К; радиа1щонный параметр; угол стрслозидиости крыла, толщина ударного слоя, м; толщина стенки, толщина пограничного слоя, условная толщина динамического пограничного слоя, и; толщина теп тозого пограничного слоя, м; толщвна вытеснения, м; толи~ива потери импульса, и; термическое сопротивление слоя, м' К/Вт; коаффициент аккомодвции; .

избыточная температура, К; безразмерная избыточная температура; коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); длина капиллярной волны, зависимая от геометрии фитиля, и; эквиналеитная теплопроводность коитвктнрующих ма- териалов, Вт/(м К); эффективный коэффициент теплопроводности, Вт/(м К]; коэффициент динамической вязкости, Па с; коэффициент кинематической вязкости, м'/с; коэффициент гидравлического сопротивления; плопюсть, кг/мз; плотность пара, кг/мз; эФфективное сечение площади столкновения моле- кул, м', коэффициент поверхностного натяжения, Па; время, с; касательное напряжение трения, Па; ГЛАВА 1 ВВЕДЕНИЕ В КУРС ТЕПЛО!)ЕРЕДЛЧИ 1.!. ИСТОРИх!ЕСКАЯ СПРАВКА Теорией теплопередачи нлн геплообменз назыоаетси наука, изучающая процессы переноса тепла в пространстве с неоднородным температурным полом Процессы теплообмн а нозникают между разлнчнычи телачн илн отдель.

ными часзюнг одного п того же зелэ прн налн'ши разности температур. Наука о теплообмене нзс щтыеает несколько сто ~е|нй, но настоящего рас. цветя ~чщ достигла лишь в ХХ веьш найди широкое применение при решении назревших практаческих задач техники. Из раздела теоретвческой физики учение о тсплообл~ене преврзтялось в самостоятельную научно-текин ~ескуго дисциплину.

Особенно сложные н важные задачи стоят в области изучения теплообл~ена в соврегюнной авиационной, ракетъои н космической техгшке. Прн сверхзвуковых скоростит полега зпачизельно пзмепяшгся условия тсплопередачя в отдель. ных элсхюнгах конструкции летательного аппарата. Возникает необходимость его охлаждения нли защиты от аэродинал~ического нагрева, являющегося след. станем зрения между поверхностью летательного аппарата и набегаюпгнм потоком воздуха нли потоком каких-либо других газов, состанляющнх атмосферы планет.

Проблема авиловой запхиты космического летательного аппарата от высоких удельпгах ~визовых потоков н высОких температур избегающего газового потока прн входе аппарата с гиперзвуковой скоростью в атмосферы планет (и в частности Земли) разрабатывается в течение 30 — 40 лез. За это время проведено и:крокое нсследонанне различяых видов теплозащитных матерналов и теплозашитных попрыгай, обеспечив, ющнх надежную тепловую защиту лета- телы;ого аппараза.