Теплообмен в элементах конструкции двигателей ЛА Методические указания к курсовым работам, страница 2

8. В конце работы для одного из участков траектории келательно дать оценку погрешноотв определения 7~ из-за цршблакенвого значения ф «в уравненва теплового баланса а определить астианое звв- ЧЕННЕ гб ~~/С.,ф ~ Ф, Р 267ДЖ/(кг /ц~ Ре.ч =2юе, Ф'.Сс 11 Расчет необходимо цовторлть для различных значенвй коэФ$нцкента теплопередачв 4. построив эаваолмость т = ~Я)(достаточно трех значений лс ), эвходат значение Ф„с р, обеспечвввхшее заданное т тлэя Кля выбранного значения 4' подбарэют конотрукцвю стенка Р~ — суммарное термическое сопротивление стенки.

Для его ояредест лепна расомотрвм пути, по котора передается тепло через стенку (рис, 2.3). 4ль стенка псиный Е монашенка Ш нам Рво. 2.3 14 Каждый из переходов определяется своим терыячеоквм сопротивле- нием, Прв этом сопротвнленве шпангоутов, сспротввленве тецлопроводнсста через слой воздуха в зазоре, кек в взлучЕнве через зазор, "работают" параллельно: р И г ф,р Афа)-~ СТ- число шпангоутов); (» ~у~) л б=~- сА, ~„- коэффициент конвенция, учитызалшвй увеличение теплопровсднос- тл воздуха в зазоре за счет свободной конвекцви в нем, вознвкапцей под воздействием разности температур между наружной и внутренней обшивками стенки бака: Эдесь т,, и тт' - средние температуры стенки в топлива за вреыя поле- та (предполагается, что температура внутренней обшивки ранна темпе- ратуре топлива): Я ~зБс в Рйщ выбвреютоя яз табллц по т ттсф;-Р . Тепловой поток вэлученлнЯлл можно запасать как~ ю, С другой стороны, т -т,' взвзотно, что Рнн и И~ Б ~тьг тт ) (Й = 5.7 10 5 КК/(м~.К4) ° тогда Ф т -т инг ген р' а, ~ 9'~- тт'е,) Е~~ — приведенная отепень черноты двух обмывов.

лвы (цо сравненлю с диаметром бека), находят Е' = "Р ~~Ф' т Г~б~- ~ Если отепень черноты каждой обшввкв б «б' я 0,7, протввленае теплоотдачн от внутренней обшввкв к Тогда окончательно у Ф= 7 СЧвтан зазор тоы- тоб'„р= 0,5. Сотопливу Р ср а ° к'т сС„ (2.11) ~+ я.с — +К~ 1 ~ ~ у % Ъл Ь~л ~шс юл 1 Аюл.а Расчет следует повторять 2 3 раза, добиваясь того, чтобы получаеыый иэ формулы (2.11) Ф не более чем на 15Я отличался от Ф 5.„Определяют массу получлвшейся стенка бака. 3. РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТИБНОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА БО О-РЕАКТИВНОГО Б)ГАТЕЛН С П1ИМЕНЕНИЕМ ЭБМ Одной из важнейших проблем авиационной технвкн является проблема понышекня э44ектввноств двигателей ) 2, 4~.Особо актуальна эта задача дня летательных юшаратов с большой продисквтельностью полета. Снлженле удельном расхода топллва позволяет заметно увеличить дальностЬ полета нлв массу полезной нагрузки.

34фектинным средством ониженэя удельного раохода топлива для ГТН является регенерация тепла. На рис. 3.1[ 4) показана схема турбсзянтового двигателя с регенерацаей тепла, Воздух после сжатия з компрессоре 1 по каналу 2 направляется в теплообменнзк 4, где нагревается горячвмв гаэамв, выходящэма из турбазы двигателя Б, л по каналу 3 поступает з келеру сгорания 5, Благодаря предварительному подогреву воздуха в теплообменнвке для доотвжензя заданной температуры перед турбвнсй требуется подводить меньше тепла к газу з камере сгорания. Этим я понышается экономичность ГТД.

Из камерк сгорания гаэй поступают н турбину Б, которея вращает коыпрессор 1 и зоз- 15 душный винт, приводимый через редуктор 7. После расширения в турбине горячие газы проходят теплообменник и выбрасываются в атыосФеру. Рис. 3,1 Используется регенерации тепла и и двухконтурных двигателях. На рис. 3.2 показана схема дэухконтурного турбореактивного двигателя с регенерацией тепла (ТРДДр).

Воздух сжимается в вентиляторе 1 н разделяется на дэа потока. Воздух в первом контуре после сжатия в компрессоре 2 направляется э теплообменник Б, где нагревается горячими газеми. Окончательный нагрев воздуха происходит н камере сгорания 3. Иэ камеры сгорания газы поступают на турбину компрессора 4, затеи на турбину вентилятора 5 и оттуда э теплообменник В. В теплообменнике газы нагреэают воздух первого контура перед подачей его э камеру сгорания и поступают э сопло 7, где происходит расширение газа до атмоа$ернаго давления. Воздух нторого контура по кольцевому каналу направляется в сопло В.

В отличие от турбовальных диигателей, в которых гаэ направляется э теплообменнии пооле полного расширения э турбине, в ТРДДр он раоширнетоя в турбине лишь частично, Поэтому при прочих т.- равных условиях гаэ на входе в теплообменнэк ТРДНр будет иметь более эыоокую температур б 7 ру. Обусловленное этим повышение температурного напора пршэодит к рооту количества переданного тепла и экономичности ТРДДр. Иэ-за наличия в теплообменнике ВРД высоких температур н давлений неэозможно использование компактных конструкций регенеративных теплообменников (например, вращаюцегося теплообменника), а применяются рекуператиэные аппараты, в которых теплообмен между горнчим газом и подогреэаемым ноздухом осущестэлзется через раздеЛЮщую нх 16 стенку.

Конструидзя такого аппарата позволяет обеспечить требуемую прочноотн и герметичность'и полностью заключить перетечки воздуха. Рекуператор может быть при необходимости разделен на отдельные сеиции, что облегчает условия его компоновки на двигателе. Для авиационных ГТД нежелательно увеличение диеметральных габарштов иэ-за роста лобового сопротивления силовой установки. Это обстоятельотво может иметь решаищее значение прн выборе конотрукпяи теплсобменника.

В качестве регенератора ВЩ возиожны трубчатые, пластинчаторебрнстые или трубчато-плаотинчатые зппараты [5). Наиболее раопроотраненной конструкцией яэляются трубчатые аппараты. Решение эопроса о том, явкой теплоноситель следует нзпраэить внутрь труб, а какой снаружи, зависит от даэления и температуры оред, удобства компоновки аппарата э той техаологической схеме, в которой он работает, от загрязненноощи теплоносителем поверхности тецлообмена, от допустимых потерь давления по теплоносителю. Теплообменный еппарат будет легче, еоли теплоноситель с более высокими значениями теыператууы и данленэя направить внутрь труб. Вопрос о эыбаре схемы течения теплоносителя э межтрубном пространстве эаэиоит от допустимых потерь давления. При ограниченных потерях давления в межтрубном проатранатзе более выгодным окаэываетая поперечное смывание, при отсутствии таких ограничений — продольное.

Однако при атом нельзя забывать о том, что наиболее выгоднея с точки зрения использования температурного напора протииоточнзя схема реализуется только при продольном омыэании межтрубного пространотна. Прз поперечнои омыэанзи для прнблнженэя схемы течения к протввотоку организуется много- ходовое течение либо э межтрубном проотранотэе, либо внутри труб. Именно такие охеыы обычно применяются в регенераторах ВРД. где потери давления в межтрубяом пространстве ~тек же, как и внутри труб) строго ограничены. Пластинчато-ребристые и трубчато-пластинчатые аппараты более компактны, чем трубчатые, однеко их использование прн выооких температурах и давлениях ограничивается прочностными соображениями и технологическими сложностями. Задачей настоящей работы является расчет трубчатого теплообменника ВРД, предназначенного для регенеративного подогрева зонду ха горнвиыи газемн, эыходящимн иэ турбины дэигателя.

17 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА Теплообменный аппарат - трубчатый, многоходовой по горячему газу, протеквкщему з ыеитрубноы пространстве в оыывалщему пучок псперечно, и многоходовой по холодноиу газу, протекахщеыу внутри труб. Пучок труб — шахматный. Нагреваеыея среда - воздух, нагрэвающея - продукты сгорания топлива в воздухе. Заиду неэвачительных различий в свойствах продуктов огорания и воздуха прш расчете свойства горячего газа заменяют свойатввмв воздуха.

Схема теплообменнвка для двухходового аппарата по горячему и холодному теплоносителям представлена на рис. 3.3,а (гГ = Е,Я вЂ” 2), а одноходового аппарата по холодному теплоносителю и двухходового по горячему — на рыо, З.З,б (г~~= 2,ггт= 1). Теплообменнвк необходимо разместить в трубе с заданиям диеыетромЛ~~ю», определяемым габаритами двигателя, Возможно раэиещение труб в радвальяом или в осевом направлениях, а талке по коничеокой поверхности, впноыэахщейся в габаршты двигателя. Т, духа на входебя; козффипкент потерь давления по холодной сторонебх, число ходов по гоРНчей ггг л по холодной ~'Д, стоРонвм. Определить: козффэлщевты теплоотдачи цо горячей и холодной сторонам, козффицвент тепловередачи, поверхность теплообмена, площади проходных оечений по горячей и холодной сторонам, габаратные размеры теплосбменника. После проведения первой чаотн расчета и предъявления результатов руководителю производится вторая чаоть расчета.

Пель зев определить заданные сптнмвльные параметры теплообменнвка пс расчетем нескольких вариантов аппарата. Расчет ведется на ЭНА по прилагаемой к описанию программе. При расчете вариантов ыогут изиеняться: 1) продольный и поперечный шаги размещенвя труб в пучке; 2) чиоло ходов по горячей и холодной сторовем; 3) различные соотношения ыежду коэффициентами потерь давления 6~ нб'„'; е) наружный и внутренний диаметры труб1 5) при использовании интенсификации теплоотдачв — различные высоты э шаги раэмещенвя кольцевых диафрагм (различные Фффи~4$). Оптимизация может проводнтьоя по минимуму ыаасы или объема эипарата.