Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Рассмотрим сначала характер изменения скорости около охлаждаемой стенки на различном расстоянии от места подачи холодного воздуха через тангенциальную щель (рис. 16.7). В выходном сечении (х = О) охладитель имеет равномерное поле скоростей. Выходяший из щели газ-охладитель взаимодействует со стенкой, на которой образуется гидродинамический пограничный слой, и с потоком горячего газа, имеющего скорость и„, отличающуюся от скорости охладителя на выходе из шели и,. На границе раздела ох- Ф ладителя и горячего газа возникает область турбулентного перемешнвания. Рис, !88 Рис. 18,7 = (0,107+ 0,037 "в ь 'и„/ и'» — иа (16.33) Гидродинамические условия течения охладителя около защищаемой стенки определяют характер температурного поля в различных сечениях потока (рис.
16.7, б). Для теплоизолированной стенки на начальном участке сохраняется ядро охладителя с постоянной температурой. Так как стенка теплоизолирована, то температура по толщине пограничного слоя не изменяется. Если пренебречь распространением теплоты теплопроводностью вдоль защищаемой 481 В зависимости от формы скоростного поля можно выделить две характерные области течения (рис. 16.
7, а): начальный участок, на котором в потоке охладителя сохраняется ядро с постоянной скоростью (зона ОАВ), и основной участок, где зона турбулентного смешения непосредственно соприкасается с динамическим пограничным слоем. Длина начального участка х, зависит от высоты шели Ь и соотношения скоростей и,Ъ . Приближенно х, можно определить из теории свободной затопленной струи. При и, ~ ш 6= — т) — т„ т~ — т„ (16.39) Здесь Т вЂ” температура стенки на расстоянии к от выхода охлаждающего газа; Т1 — температура торможения, которая при малых скоростях движения основного потока заменяется термодинамической температурой Тг На рис. 16.9 показано опытно определенное изменение эффективности по длине плоской стенки.
В опытах в качестве горячего и охлаждающего газов использовался воздух. Эффективность заградительного охлаждения уменьшается с увеличением расстояния от места подачи охладителя и существенно за- . 482 стенки, то на начальном участке температуру пограничного слоя можно считать постоянной н равной начальной температуре охладителя.
В действительности температура пограничного слоя прн удалении ох щели несколько возрастает. На основном участке температура пограничного слоя увеличивается по мере удаления от места подачи охладителя, причем ее величина определяется температурой внутренней зоны смешения. Температура теплоизолироваяной стенки одинакова с температурой пограничного слоя и непрерывно возрастает при удалении от места подачи холодного Ю. воздуха. Заградительное охлаждение может использоваться одновременно йм— с конвективным. При этом стенка омывается охлаждающим газом с ,м.-в,я обеих сторон (рис.
16.6). Ч Такое охлаждение назы- 45 —.~-.,.--.— с. с .. -- . —.- =ч..~ва2 вают комбинированным. — т- --',втм В этом случае на основ- вом участке смешения .: в,зов — — — температура в погранич,'г29 ном слое со стороны го- рячего газа выше темпекга ратуры холодного возРяс !6.9 ду ха. Поэтому через охлаждаемую стенку передается теплота и температура стенки ниже, чем в случае использования только заградительного охлаждения.
Как отмечалось выше, при заградительном охлаждении температура теплоизолнрованной стенки с небольшим коэффициентом теплопроводности практически совпадает с температурой пристеночного слоя газа. В этом случае объективной характеристикой качества системы заградительного охлаждения является ее эффективность, которая определяется выражением си результаты.
Результаты опытного исследования эффективности заградительного охлаждения, выполненного Гартнетом, Эккертом и Биркебком с использованием воздуха в качестве горячего и охлаждающего газов и подвода охлаждающего потока под углом 25' к поверхности теплообмена, можно обобщить формулой е= (16А!) "Р га~ где т=- — "; при т=!5 — 80 с=1,89ип=0,3;при т= Ь Рвиа ' = 80 — 600 с = !6,9 и гг = 0,8. Опыты проводились при Ь = 3,1 мм, гэ = 50 мгсек и — „,„ Ра'га гм 0,28. Если защищаемая стенка не изолирована в тепловом отношении (например, при комбинированной системе охлаждения), то для оценки ее температурного состояния необходимо знать коэффициент теплоотдачи в процессе взаимодействия стенки с газовой завесой. 48$ висит от соотношения скоростей охладителя и основного потока.
Чем меньше разница между этими скоростями, тем меньше основной поток возмущает газовую завесу и тем выше эффективность заградительного охлаждения. На рис. 16.10 показана зависимость эффективности Е от параметра, характеризующего соотношение скоростей, построенная по опытным данным Себана.
Здесь Ке, = и — ', к,— э ' длина начального участка. Для расчета эффективности заградительного охлаждения с подачей охлаждающего газа через тангенциальную щель при турбулентном пограничном слое предложен ряд формул. С. С. Кутателадзе и А. И, Леонтьев предложили теоре- й тическую формулу, ха- йс рактеризующую эффективность заградительного ох- дг лаждения при одинаковых свойствах основного и й2 охлаждающего потоков и к> к, гу г)г 84 ЦИду г 4 Ь гг зг Яи, Е=!'!+О,г4)(еа-'" н (а — ка)г-а.а Рис.
18.10 Х " а~ '. (!6.40) иг х При — > 60 эта формула удовлетворительно согласуется м х с опытными данными, а при — ~ 60 дает несколько заниженные иаЬ Хи=0,12)те" '( — ) Рг ', (16.42) где Мц= —; Йе= —, як ицх МО Аналогичное решение с использованием опытной закономерности изменения скорости в пристеночном слое по длине стенки при — = 3 — 9 позволило получить расчетную формулу Р~~м Иц =0,113йе"*" (Ых)' " Рг"".
(1 6.43) Заградительное и комбинированное охлаждение широко используется для защиты стенок камер сгорания и реактивных сопл воздушно-реактивных двигателей. Зту систему охлаждения можно также использовать в газотурбинных двигателях для защиты лопаток и в ракетных двигателях твердого топлива для защиты внутренних поверхностей реактивного сопла. В последнем случае необходимый для защиты газ получается при горении специального топлива с низкой температурой сгорания, небольшое количество которого размещается перед входом в сопла.
При одинаковых скоростях горячего и холодного потоков величину коэффициента теплоотдачи можно рассчитывать по обычным формулам для плоской стенки. Прн отсутствии вынужденного течения горячего газа теоретическое решение задачи с использованием закономерности изменения скорости потока по длине стенки, известной из теории свободной струи, привело к расчетной формуле ЛИТЕРАТУРА К первой части 1.
Б а з а р о в И. П. Термодинамика. Физматгиз, 196!. 2. В у к а л о в и ч М. П., Новиков И. И. Техническая термодинамика. «Энергия», 1968. 3. И и о з е и ц е в Н. В. Основы термодинамики и кинетики химических реакций. Машгиз, 1950. 4. К и р е е в В.
А. Курс физической химии. ГТИ, 1951. 5. Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. А Техническая термодинамика. «Энергияэ, 19Б8. Б. К р и ч е в с к и й И. Р. Понятия и основы термодинамики. Госкимиздат, 1962. 7. Л е о н т о в и ч М. А. Введение в термодинамику. Гостеортехиздат, 1951. 8. П у т и л о в К. А.
Термодинамика. «Наука», 1971. 9. Ф р а н к - К а м е н е ц к и й Л. А. Лекции по физике плазмы. Атомиздат, 1964. 10, Х а а з е !А Термодинамика необратимых процессов. «Мир», 1967. 11. Ш а р г у т Я., П е т е л а Р. Эксергия. «Энергия», 1968. Ко второй части 1. Б л о х А. Г. Основы теплообмепа излучением. Госзнергоиздат, 19Б2. 2. В а р г а ф т и к Н.
Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. «Наука», 1972. 3. Гиршфельдер Л., Кертиса Ч„Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. ИЛ, !961. 4. 71 е д у с е н к о Ю. М. Оптимальная компоновка трубчатых тепло- обменных аппаратов гааовых турбин. Изд. АН УССР, 1956. 5. 71 о б р о в о л ь с к и й М. В.
Жидкостные ракетные двигатели. «Машиностроениеэ, 1968. 6. До н а л ь д Б., М а к к е й А. Конструирование космических силовых установок. «Мзшиностроение», 1966. 7. Д у ш и н Ю, А. Работа теплозащитных материалов в горячих газовых потоках. «Химия», 1968. 8. Э а р у б и н В. С. Температурные поля в нонструкции летательных аппаратов. «Машиностроение», 1966. 485 9.
Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача, «Энергия», 1969. 1О. К и р и и ч е в М. В. Теория подобия. Изд. АН СССР, 1953. !1. К о н д р а т ь е в Г. М. Регулярный тепловой режим. Гостехиздат, 1954. 12. К у т а т е л а д з е С. С. Основы тсорни теплообмена. <Наука» Сибирское отд., 1970. 13. К у т а т е л а д з е С. С., Б о р и ш а н с к и й В. М. Справочник по теплопередаче.
Госэнергоиздат, 1959. 14. Л о й и я н с к и й Л. Г. Ламинарный пограничный слой. Физматгиз, 1962. 15. Л ы к о н А. В. Теория теплопроводностн. «Высшая школа>, 1967. 16. М а к - А д а м с В. Х. Теплопередача. Маталлургиздат, 196!. 17. М а ц к е р л е Ю. Автомобильные двигатели с воздушным охлаждением. Машгиз, 1959. !8, М и х е е в М. А. Основы теплоперсдачи. Госанергоиздат, 1956. 19. Ц е д е р б е р г Н. В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
