Теплообмен в эл. конст. ЛА (Дрейцер Г.А., Волнцев В.П., 1989 - Теплообмен в элементах конструкций ЛА)

ГОСУДАРОТЖННЫй КОМИТЕТ-СССР ПО НАРОДНОМУ ОБВьЭОВАНИВ МОСКОВОКИй ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЕ РЕНВПЦИИ АЖАПИОННЫй ИНСТИТУТ вкевв СЕРГО ОРДЕОНИНЯЭЕ ТЕПЛООЖЕН В ЭЗПИЕНТАХ КОНСТРУ1О1ИИ ДБПАТБЛЕй ЛА Методвчеакве Уквнанвя в иурооюв работая Под редакцией Г.А. Дрейцера, В.П. Солнцева Утверккено на эааедавнк редсовета 21 октября 1988 г. Москва Иэдательство МАИ 1989 А 189.2 (076) Т 343 УДЫ 629.7.063 (071.1) Авто(и-составители: Ю.А. Рыков, Г.А. Дрейцер.

Е.Н. Абазщчев. Теплообиен в элементах конотрукцвн двигателей ЛА: Методвческне ука- зания к куроовым работзм. Авт.-аоот.: Ю.А. Рыков, Г.А. Дрейцер, Е.Ы. Абвшнчев; Под ред. Г.А. Лрейцера, В.П. Солнцева. - М.: Иэд-во МАИ, 1989. — 52 с.: нл. Првведены иетодвкв расчета прслшоса теплообиева в раэлвчвых конкретных элементах двигателей ЛА, тепловой эзшлты баков ЛА, сопла реактивного двигателя, трубчатого теплообменного юшарата, предназначенного для рзгенерзцвв тепла в ВРД. Теплообмен рассчитывается как грюроаналнтвческнмк иетодаын, тНК Л о нспОЛЬзоваллеМ ЭНЫ.

Методвчеокне указаязя рекоиендуштся для выполвенвя курсовой работы по куроу "Теплопередача" отудентзмв авввцвонных вузов, обучелщлмлся по спецнальноотл "Теплопередача". Рецензенты: Б.И. Юлаев, Г.Б. Петравзцквй ф Московский авиационный институт, 1989 ПРЕПИСЛОИ(Е Пель иетодвчеаквх указаний — обучение студентов оовремеввым методам раочета тепловых процессов, проасходяалх в элементах конот- рукцнв ВРД.

Раасматрвваштся иетпны тепловой ззшлтм о аспользованв- еи теплоеикоотв материала коватрукцнк, тепловой защвтв от конвек- тнвного теплообыенв мекду высовоокоростным потоком воздуха л по- верхаостьш летательного юшарата о помащыз всздушввх прослоек о учетом лучнотого теплообмена в теплеобмева прш овободной конвекцнв. Изучается иетодвла теплового в гидравлического расчета трубчатого теплообменного аппарата, предназначенного для регеверацвв тепла в ГТД.

Оствмвэацвя теплообменного евпарата цо минимуму масоы влв обьеыа провзводвтся о вспользованвем ЭМ. Разделы 1, 2 наказам Ю.А. Рыковым, равд. 3 напвоан Г.А. Дре(~- цером в Е.Ы. Абаввчевым. 1. РАСЧЕТ НАГРЕНА СОПЛА РЕАКТИЖОГО АТЕЛЯ ЛА Форма дозвукового учаотка сопла опрэделяетоя рэдаусзми Р,' 63(~„л в Я~ = 3 игр (рис 1 1) Рис. 1.1 Длина цвлинд(ычеакого участка перед соплом ~~ = 3фл. Сверщзвуковзя часть сопла имеет форму ионуоа а углом полураотвора ~7; МЧ,— чиалоМ на выходе (ореэе) сопла; Муж- чиолоМ на входе в аопло; щ. кг/о — раоход продуктов огоранвя через оопло; Сэ — давление в кемере сгорания; 4 =~~/Л~,. Т~ — температура торможении продуктов огорания в кемере; г~, Дж/(кг К) — газовея постояннея; 7' — температура внутренней (ооприкаоающейоя о продуктами сгорания) поверхнооти сопла.

Внутренняя поверхность сопла охлаждается за счет теплоемкости иатерзэла сшла. Требуется, использук задеяные.материалы, спроектировать сопле с минимальной массой. Сопло иожет быть изготовлено из одного или нескольких матершнлов. Прв этои необходимо найти такое раопределение толщан его стенки с("сс), прз которои температура внутренней поверщнооти сопла ни в одной точке не превышала бы температуру плавления иатерзэла. Для найденного распределения толщан стеэми сопла раоочитать завиоимость 7~с -— ~(Ф) в конце работы двигателя.

Начальнея температура сопла 7' . В сокращенном варзанте реачета достаточно подобрать необходимые толщины матерзала стенки сопла фГ) без отыскания минимальной массы. ПРНННТНЕ ДОПУЕЕНИЯ И НЕТОДНЧЕСКНЕ УКАНИИЯ 1. Ревам течения в погранвчиом алое, обраэуищеися иа стенке сопла, турбулентный. Прз раочетеМг в качеотве температуры стен- „,~ т„= 2.

Теплообиеа иежду газои в внутренней поверщноотью оопла раоочитывеется методои эффективной длвны. 3. Все тепло, подводимое от потока к стенке, идет иа ее нагрев; отвода тепла о внешней поверхности сопла нет. 4. Нагрев участка отенки обила раоочитываэтся кзк двухотороннвй нагрев беоконечной пластины, толщааа которой равна двойаой толщине стенки сопла, при граввчных уоловиях 3-го рода (Ж>~~). Прз раочете используются номограммы, приведенные в првлоиевйв. Для указанного пршблачениого иетода расчета неотациоиарной теплопроводвооти предполагается, что аопло двойаой толщаны (рзо.

1.2) обтекеется газом кэж с внутренней, так л а наружной отороны прз одинаковых в кэлдоы сечении значениях температур газа и коэффициентов теплоотдачио( . Рао. 1.2 5. Гидродвнзыический раочет истечения уоловно ведется в предположении едаабатного процеоса а поотояаным значениеи 4 = О;с/О; Теплофнзические константы продуктов огоранвя уоловно принимаются такими же, как у СО2, при соответствухщях давленнях и температуре. ПОИДОК РАСЧЕТА 1. Газо нэмичеокий счет 1. Площадь критического сечения сопла определяют из соотноше- : "-Ф('д""Ф"' '1 где Р - давление торииения; Т - температура торгоженвя; Р— га- гУд — —.

Я. ~ф;1~ру * 2. Площадь расчетвого сечения сопла „(Ф./~фф„. -Ъ- т ~ К(л) (1.2) Р ( тЗадаввяоь значенвямвМ в двапазоне отАф на входе в аспло до А~сР на выходе из сопла, находят плсвщди и радиусы раочетных оечений. 3. Алина сопла по образумцей определяется длиной цилиндрической части ь, длиной дозвукового~р и длиной оверщзвукового ~.

учаотков сопла: д на образуцщей дозвукового участка сопла ~ =.ГУР— ~.г"~Рд с 'А, ~Щ~ ! уб'а Уб'~7 ~ '~, -(в-а) 108 Я~= Алина образуцщей сверхзвукового участка сопла ь 5уи гг Линна сопла по оои симметрии ~с,= ~с~ " Ф " ~с . Линна дозвукового участка сопла ~г= Я ~л) ~ ~ Ж Плена сверхзвукового уЧастка сопла гс ~~с 4л" Р чуц 4.

Алина образуцщей сопла до расчетного сечения в дозвуковой части сопла: г Рн ~~ 9н-Ч~, й7ю ~Р= Я (Р Рр ) Я 5. Паремет1ы пОтОКа На виешией гравище пограничного слоя, образуцщегося на стенках сопла: ф ~р, ~-',о~А шй, е=(~+ Ф-/д.8) ~+ ' (~~:,41 )~=К(Л) . я П. Расчет теплообмена ме газом и вн нней позе постыл сопла 1. Конвективвый теплообиен раоочитывеют по к1ытервальному ураннению для плаотины ,4г~= а иЮВЕе ° Л„(~~')'~~~ =~"И ) ' а.з) ЯЯ Ф ~~т 4 Д~ ~Г Прв использовании крвтервального ураннения (1.3) для определения теплообмена иежду газом и поверхностью сопла дейотвительное тече- ние заменяется течевиеи над пластиной с параметремв потока, ранны- ии параметрцм рассиатриваеиого сечения.

Алина цластины;ь выбирает- ся из условия нараотанвя на ней теплового пограничного слоя, равно- го толщине слоя в раооиатриваеиои сечении сопла. для турбулентного пограничного слоя 8 х - гл)Р ~,е ~ж, Ф (1.4) цг г о где Я вЂ” плотность потока, определенная по температуре стенки;т '.- скорость потока на внешней границе пограничного слоя; Я' — иеатный рацнус сопла;Ж - злеиент длины образуцщей сопла. Температура вдвабатной стенки те=т~~ =у.м ), г где ф =/",у,г = 0,89. 2.

Строят зависимоатисб(ф) и ~~(Л), затеи разбивают всю длину сопла на 1~ участков, на каждом из которых Я~ и сб в дальнейшем рас- чете принимаются постоянными. большей температурой плавления, так и о большим значением с,оЛ., т.е. дли выполнения уоловия ТдаТл необходимо разумное оочетаене обоих факторов. 4. Пользукоь номограммой для определения относительной избыточной температуры в оередине неограниченной плаотивы, находят темцературу на внешней поверхности элемента сопла в конце работы двигателя. 5.

Повторяя процедуру пп. 3 и 4 для какдого из участков, нахо- дят ~9Г),Т (гг)и отронт аанисимоать сфг) и 7~ (гг)прыг' =2„ б. Вычисляют маосу сопла. 2. РАСЧЕТ НАГРЕВА ТОПЛИВА В КАКАХ ЛА Пель работы — определение конструкции стенки цилиндрического топливного бека, обеспечивашлей за время полета 2 нагрев топлива от начальной температуры У' до Тт~п. Бек заполнен топливом полностью (т~ =~0 - 1 кг), и за время полета маоса топлива не мевя- ИИ'л тЦ етая (полет соверсается за счет дополнительных баков).

Полет проиоходит оо скороотью, ооответотвухшей постоянному чиолу Ь(~, и о равномерным набором гыооты от УИ до /~~(заданных в задании). Рло. 2.2 Рио. 2.1 Конструкция епцарата показана на ршо. 2.1, конотрукция стенки бека — на ршо. 2.2. Стенка ооотоит из внешней (толщиной 3~ ) и внутренней (толщиной У ) обшивок, разделенных кольцевыми перегородками я (шпангоутами). Материал воех элементов, лх геоыетричеокие размеры, чиоло шпангоутов долкиы быть гыбраны озмоотоятельно. Считается, что по всему обьему бака температура топлива постоянна за счет пвремешизанля, кроме цраотеночного слоя, где она меняется от темпера туры внутренней стенки до температури топлива. ПРИНЯТИЕ ДОПУЩЕНИЯ И МЕТ(ЛЕ)ЧЕОКИЕ УКАЗАНИЯ 1.