Глава VIII. Теплообмен при свободной конвекции (1013638), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Ясно, что недопустимо производить расчет теплообмена на зеркале по рекомендации для свободной конвекции как при осевом, так и при равномерном вдуве. Сравнение опытных значений )Чи1 со значениями Мц1, подсчитанными по зависимости для средней теплоотдачи при взаимодействии осесимметричной струи с плоской преградой дало значения К1 = 14и1/г(п1 = 3,2 ... 1,2 (см. рис. 3.13, 6). Значения )Чц1 превышают )Чц1 в среднем на 20 ...
50вУв, что можно отнести на долю интенсификации теплообмена за счет волнообразования на поверхности жидкости и нестационарных эффектов при остывании газа у зеркала. Таким образом, в условиях проведенных экспериментов тепло- отдача от газа к зеркалу обусловлена непосредственным воздействием потока газа от входного устройства. Количественно тепло- обмен на зеркале при осевом вдуве можно оценить как )Чп1= К1Мп1, (8.48) где К1 = 5 ... 1,5 (период бзв + 01 61 = О); К1 = 2 ... 1,1 (период бзв ~ 01 6~ ~ 0)1 О 15 Ргв.зз й в,вв 9 29 Ргвлз Квв,зз+ 1В 1ч ц'— т Лв Р.влт Р в,з + + )~1 + -з!в зтв 2'38 -з1з з1в При равномерном вдуве, если определить скорость по площади инжектора, то К1 0,4.
зли ТЕПЛОВАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЕМКОСТЯХ Тепловая стратификация в емкостях возникает из-за подвода тепла к боковой поверхности емкости или через зеркало жидкости от горячего газа наддува. Как показал опыт применения криогенных топлив, тепловая стратификация в баках ракет и в хранилищах оказывается наибольшей, когда тепло подводится сбоку. Она может быть значительной и при подводе тепла со свободной поверхности жидкости, при тепловыделении в самой жидкости и при подогреве емкости снизу.
Для баков двигателей ле- 217 у, тательных аппаратов, работающих на криогенных топливах, стратификация нежелательна. Явление температурного расслоения играет важную роль при проектировании и эксплуатации топливных баков; оно оказывает Убг) м г влиЯиие на выбоР дРенажных 3 устройств, теплоизоляции, насо- сов, конструкции бака; определяет (т ) г л(т) неиспользуемые остатки топлива в баке, т. е.
сильно нагретые гт верхние слои криогенного топлива, которые, попав в магистраль у и насос двигателя, могут ока- Х заться перегретыми (Т, ) Т,) отТ носительно локального давления и вскипать, что недопустимо по условиям работы насоса. Давление в баке непосредРис. 8Д4 схема и пояснению мо. ственно свЯзано с температУРой дели температурного расслоения: поверхности раздела, которая ! — подвод гата наддува; у — гаа над- опреДсляется проршссами копвекдува; у — слой температурного рас. споенаю т — распредеаеане сноростн тивного теплообмена в баке.
В баке ц (рги й — неперемевтаннаа асндноствГ С жндКИМ ВОДОРОДОМ ПОВЫШСНИС 6 — отнод гннднастн н ТНА температуры поверхности раздела жидкость — пар на 1 К сопровождается увеличением давления на 0,4 10' Па. В результате температурного расслоения давление в криогенных баках значительно превышает значение, соответствующее давлению насыщенных паров при среднемассовой температуре жидкости. Рассмотрим широко известную модель температурного расслоения Кларка.
Температурное расслоение жидкости вызывается происходящим в результате естественной конвекции движением нагретой жидкости вдоль боковых стенок бака наверх и вдоль поверхности раздела. На поверхности раздела жидкость течет по направлению к центру бака, смешиваясь с ненагретой жидкостью. Затем нагретая жидкость проникает внутрь бака. Глубина проникновения увеличивается по времени, она называется толшиной слоя температурного расслоения. Предполагается, что течение жидкости вдоль стенок может рассматриваться как течение в пограничном слое. В сечении х = 0 (рис. 8.14) начинает развиваться пограничный слой, толщина которого Ь увеличивается по высоте. Затем этот слой пересекается с нижней гранипей слоя температурного расслоения А (т) и перемещается с этим слоем в область )У (т).
Основная масса жидкости, которая не затронута перемешиванием, сохраняет свою начальную постоянную температуру. 21В Для уменьшения неравномерности температурного поля в емкости можно установить перегородки на внутренней стенке. Во время течения вдоль загроможденной стенки тепловой пограничный слой разрушается прн встрече с перегородкой, а затем по другую сторону развивается вновь. Г!ерегородкн снижают среднее значение коэффициента теплоотдачн яа стенке. Их влияние на интенсивность расслоения становится существенным, когда нх ширина больше местной толщнны пограничного слоя. Для 1 ... 6 перегородок, направленных вниз, были вьпюлнены эксперименты на воде н азоте в вертикальных сосудах прн Сяг == =10" ...6,31 10"; Рг=2...7,51 ба = 1,6 1Оы ...3 10та; и = НГГ? = 0,84 ... 3,427, Путем расстановки перегородок на внутренней стенке сосуда можно уменьшить интенсивность расслоения на !5 — 20% по сравнению с сосудом без перегородок.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Что такое свободная гравитационная конвенция? 2. Какие уравнения необходимо использовать для описания процесса теплообмеиа при свободной конвекции? 3. Почему при свободной конвекции около вертикальной стенки коэффи. цнент теплоотдачи при ламинарном режиме течения падает с ростом расстояния от начала обогрева или охлаждения, а при турбулентном — не зависит от этого расстояния? 4. Что такое коэффициент конвекпии для замки?тых полостей? б. Как влияет отношение длины к высоте плоского зазора на процесс переноса тепла в зазоре? Б. Как влияет ориентация поверхности на процесс теплообмена при свободной конвекции? ?.
Каковы особенности процесса теплообмена между газовой подушкой н стеннами бана при горячем наддуве? З. Как сказывается влияние тепловой нестационарности на нропесс тепло- обмена между газовой подушкой и зеркалом жидкости в пропессе наддува? 9. Каким обрюом можно уменьшить температурную стратификаци|о топ. лина в бяке? 10. В чем особенности одномерного описания тепловых процессов в баке? .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
