Л-9-10_ed (Электронные лекции), страница 2

Истинные скорости газового потока, обтекающего заднее днище, вследствие подтормаживания будут меньше, однако, учитывая, что оценка ведется по максимальной скорости, можно считать скорость обтекания участка DE постоянной и равной .

Вдоль дуги ОД поток разгоняется от скорости, равной 0 до . Для предварительных оценок можно принять, что на участке ОД местная скорость потока меняется по линейному закону.

Для оценки теплообмена в окрестности критической точки необходимо знать величину градиента скорости вдоль стенки. Согласно расчетной схемы, на участке ОВ:

. (а)

На участке ОД:

. (б)

При этом растекание потока от точки «О» происходит в меридиональной плоскости. Поэтому, в окрестности точки «О» можно считать течение газа плоскопараллельным. Для расчета коэффициента теплоотдачи при ламинарном режиме течения в окрестности критической точки «О» следует принимать максимальное значение  из формул (а) и (б).

Для оценки конвективного теплообмена в районе критической точки «О» при турбулентном режиме используют упрощенную формулу:

где

При ламинарном режиме течения:

5. Коэффициент теплоотдачи в сопле

Для расчета  в сопле можно воспользоваться методикой расчета конвективного теплообмена при обтекании криволинейной стенки турбулентным потоком

(5.1)

где

(5.2)

R – текущий радиус по сечению сопла;

w – текущая скорость потока по сечениям сопла;

x_о – начало отсчета стабилизированного течения потока в сопле.

Для расчета  в сопловых блоках может быть также использована зависимость:

(5.3)

r_c – радиус кривизны в критическом сечении;

_К – вязкость продуктов сгорания в камере сгорания;

k – показатель адиабаты;

– характеристическая скорость;

– массовый расход продуктов сгорания через сопло;

 – поправочный коэффициент, учитывающий изменение свойств продуктов сгорания поперек пограничного слоя,

или при n = 0.6:

T_СТ – температура стенки;

T_К – температура в камере сгорания;

n – коэффициент, определяющий зависимость вязкости от температуры (n = 0.6).

За счет вдува массы разрушающихся ТЗМ в пограничный слой происходит уменьшение конвективного теплового потока q_к к элементам конструкции.

(зависимость В. П. Мугалева)

q_Kо – конвективный тепловой поток без учета вдува;

М_ПС, М_ПР – молекулярные массы продуктов сгорания топлива и продуктов разложения ТЗМ.

b = 0.35 при 0 < < 1 ; b = 0.7 при 1 < < 8;

– массовая скорость уноса ТЗМ;

_ПР, w_ПР – плотность и скорость в невозмущенном потоке;

– число Стантона;

_о – коэффициент теплоотдачи без учета вдува.

6. Лучистый теплообмен

В общем случае

– постоянная Стефана-Больцмана;

_{Г эф}, _{СТ эф} – эффективная степень черноты продуктов сгорания и стенки (для ТЗП _СТ = 0.8);

а_Г – коэффициент поглощения.

В выражении (6.1) можно принять: _{СТ эф} = _СТ; а_Г = 1,0.

_{Г эф} определяется с учетом конденсированных частиц в продуктах сгорания:

– степень черноты газовой фазы:

_H2O и т.д. – степень черноты для соответствующих компонентов газовой фазы;

– массовая доля к-фазы в продуктах сгорания;

ℓ – длина пути луча (l = 10 мм);

d_Ч – диаметр конденсированных частиц (d = 5…10 мкм);

_Г – плотность газовой фазы в рассматриваемой области потока [кг/м³];

_Ч – плотность к-фазы [кг/м³].

Для современных СТТ с добавками Al степень черноты продуктов сгорания лежит в пределах 0,5…0,75.

Если известны величины лучистых тепловых потоков в камере q_л.к, то вдоль газового тракта они могут быть определены в первом приближении по следующим соотношениям:

Расчет пассивного ТЗП

(Орлов, Мазинг «Термодинамические и баллистические основы проектирования РДТТ» Машиностроение, 1979 г., стр. 145)

На границе покрытия «П» и металла «М» Т_П = Т_м тепловые потоки слева и справа от контактных поверхностей равны . Так как λ_п << λ_м температурная кривая в точке контакта имеет резкий излом. В металле температурный градиент незначителен.

Т_СВ, Т_СН – температура стенки с внутренней и наружной стороны.

П, М – толщины покрытия и металла.

Обычно защита ставится следующим образом: определить потребную толщину покрытия для обеспечения заданного значения Т_СН.

Допущения

1. Теплофизические характеристики покрытия и металла не зависят от температуры.

2. Температура по толщине металлической стенки постоянна (λ_м = ∞)

При этих допущениях система уравнений для определения температурного поля двухслойной стенки имеет вид:

При такой постановке целью решения является определение температуры на границе покрытия и металла, являющейся одновременно средней температурной металлической стенки.

Φ_i – положительные корни трансцендентного уравнения.

На рисунке (стр. 148) помещен график зависимости θ от F_о для значений μ от 0 до 50. значения θ отложены в логарифмическом масштабе.

Из графика видно, что зависимость lgθ от F_о при μ = const носит линейный характер, т.е. можно аппроксимировать:

где А и С – коэффициенты аппроксимации;

lgθ_о – константа аппроксимации.

На основании (7.3) можно получить:

где

А = 0,45; С = 0,40; lgθ_о = 0,0212.

При этом в области μ = 0,2…20 ошибка 1 – 2%.

При μ → 0 ошибка 10 – 12%.