150749 (Расчет наружного охлаждения), страница 2

Вт/м².

Вт/м².

Вт/м².

Вт/м².

Вт/м².

Вт/м².

Вт/м².

Вт/м².

Вт/м².

2. Определение подогрева охладителя

2.1 Определение температуры выхода охладителя

Рассчитываем для каждого участка площадь поверхности, омываемой газовой смесью:

, (2.1)

где d_ср – средний диаметр участка, м;

Δl – длина участка, м.

м; м.

м².

м; м.

м².

м; м.

м².

м; м.

м².

м; м.

м².

м; м.

м².

м; м.

м².

м; м.

м².

м; м.

м².

м; м.

м².

м; м.

м².

Суммарный тепловой поток Q, Вт на каждом участке вычисляется по формуле (2.2):

, (2.2)

где - суммарный тепловой поток на участке, Вт/м²;

- площадь поверхности, омываемой газовой смесью, м²;

k – количество участков.

Вт.

Ориентировочная температура выхода охладителя T_вых, К определяется по формуле (2.3):

(2.3)

где Q – общий тепловой поток в стенку камеры сгорания, Вт;

m_f – массовый расход охладителя, кг/с;

- теплоемкость охладителя (воды) вне зависимости от изменения ее температуры;

T_вхf – температура охладителя на входе, K.

K.

Сравним температуру охладителя на выходе с температурой кипения воды при данном давлении.

Предположим, что потери давления в рубашке охлаждения составляют не более 2 МПа. Тогда давление на выходе из канала:

,

МПа.

Температура воды на выходе из тракта охлаждения K ниже температуры кипения K при МПа., значит при заданных параметрах (расход, давление) ее можно использовать для охлаждения газового потока.

2.2 Определение подогрева охладителя и средней температуры охладителя на каждом участке

Подогрев охладителя вычисляется по формуле:

(2.5)

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

Температура охлаждающей жидкости на выходе из каждого участка равна:

, (2.6)

где - температура охладителя на входе в рассчитываемый участок;

- перегрев на участке, К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

К.

Средняя температура охлаждающей жидкости на каждом участке определяется по формуле (2.7):

(2.7)

где и - температуры охладителя соответственно на входе и выходе из рассчитываемого участка, K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.`

3. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к охладителю и температуры «жидкостной» стенки

3.1 Определение температуры «жидкостной» стенки

Перепад температур по толщине стенки ΔT_wi, К при заданной температуре газовой стенки для каждого участка рассчитывается по формуле (3.1):

(3.1)

где - толщина стенки, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала стенки при температуре газовой стенки, Вт/(м К). Значения коэффициента теплопроводности найдем, пользуясь данными приложения В[1].

- суммарный тепловой поток на участке, Вт/м².

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Вт/(м К).

K.

Температура «жидкостной стенки» T_wfi, K стенки определяется по формуле (3.2):

(3.2)

где - температура газовой стенки, К.

- перепад температур по толщине стенки, К.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

K.

3.2 Определение коэффициента теплоотдачи от жидкостной стенки к охладителю

Площадь проходного сечения F_охлi, м² щели на каждом участке:

, (3.3)

где - средний диаметр охлаждающей щели на рассчитываемом участке, м; м – высота щели, м.

Средний диаметр охлаждающей щели d_охлi, м вычисляется по формуле (3.4):

(3.4)

где - средний диаметр сопла на рассчитываемом участке, м;

- толщина стенки сопла, м;

- высота тракта охлаждения, м.

Коэффициент теплоотдачи от жидкостной стенки к жидкости вычисляем по формуле (3.5):

, (3.5)

где - массовый расход жидкости, кг/с;

- проходное сечение щели на рассматриваемом участке, м²;

- эквивалентный диаметр канала охлаждающего тракта, м;

- комплекс теплофизических свойств для жидкости при средней температуре жидкости на участке, .

Определяем значение , пользуясь графиком зависимости комплекса от температуры для воды [1].Эквивалентный диаметр канала:

(3.6)

м.

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

м; .

м.

м².

Вт/(м² К).

3.3 Оценка погрешности при выборе температуры газовой стенки

Найдем уточненную температуру «жидкостной» стенки Т´, K, используя формулу (3.7):

(3.7)

где - средняя температура жидкости на рассчитываемом участке;

- суммарный тепловой поток на рассчитываемом участке, Вт/м²;

- коэффициент теплоотдачи от «жидкостной» стенки к жидкости, Вт/(м² К).

Зная перепад температур по толщине стенки, можно определить температуру газовой стенки:

, (3.8)

где - уточненная температура «жидкостной стенки» стенки из формулы (3.7), К;

- перепад температур по толщине стенки, К.

Сравнивая полученную температуру газовой стенки с выбранной в начале вычислений, определяем погрешность для каждого участка:

. (3.9)

К.

К.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - это означает, что температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

К.

К.

.

Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.

4. Расчет мощности насоса

4.1 Определение скорости движения охладителя

Скорость движения охладителя w_fi, определяется из уравнения расхода (4.1):

(4.1)

где m_f – массовый расход жидкости, кг/с;

- плотность охладителя при средней температуре жидкости на участке, кг/м³. Определяем значение , пользуясь данными приложения Б [1].

S_i – площадь сечения кольцевого зазора на рассчитываемом участке, м².

Площадь сечения кольцевого зазора рассчитывается по формуле (4.2):

(4.2)

где - средний диаметр поперечного сечения канала на каждом участке, м;

- толщина стенки сопла, м;

м – высота щели, м.

Первый участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы

кг/м³.

м/с.

Второй участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

Третий участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

Четвертый участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

Пятый участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

Шестой участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

Седьмой участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

Восьмой участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

Девятый участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

Десятый участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

Одиннадцатый участок: K; м.

м².

Возьмём плотность из таблицы:

кг/м³.

м/с.

4.2 Определение гидросопротивления межрубашечного зазора

В охлаждающем тракте камеры происходит два вида потерь:

Потери на трение жидкости о стенки канала.

Местные потери на скреплениях внешних и внутренних оболочек двигателя, штамповках, поворотах, плавных и внезапных сужениях (расширениях) тракта двигателя.

Потери на трение Н/м² определяются формулой Дарси-Вейсбаха (4.3):

(4.3)

где - коэффициент потерь;

- длина участка;

м – эквивалентный диаметр канала;

- плотность охлаждающей жидкости на рассчитываемом участке, кг/м³. Определяем плотность охлаждающей жидкости, пользуясь данными приложения Б [1].

- скорость жидкости на участке, м/с.

Коэффициент потерь зависит от числа Рейнольдса: