Эффективность тепловой защиты газовой завесой на плоской стене (1163151)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.В.ЛОМОНОСОВАМЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТКАФЕДРА АЭРОМЕХАНИКИ И ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИЛабораторная работа специального студенческого практикумаЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ«ПОРИСТОГО» ОХЛАЖДЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ, ОБТЕКАЕМОЙСВЕРХЗВУКОВЫМ ПОТОКОМ ГАЗАЦель работы: ознакомление студентов с методикой проведенияэксперимента в сверхзвуковой аэродинамической трубе и методикойколичественного определения коэффициента теплоотдачи на плоскойпроницаемой поверхности при вдуве газа в турбулентный пограничный слойсверхзвукового потокаРуководители работы: Виноградов Ю.А., Егоров К.С., Попович С.С., Стронгин М.М.Москва 2011СОДЕРЖАНИЕ.ОБОЗНАЧЕНИЯ ................................................................................................................3ВВЕДЕНИЕ.

.......................................................................................................................5I. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОРИСТОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПЛАСТИНЫВ СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ .................................................................................6II. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА ДЛЯСВЕРХЗВУКОВОГО ОБТЕКАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ. ...........................................9III. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЗАДАЧИ.

........................................11IV. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ......................................134.1. Аэродинамическая труба. ....................................................................................134.2. Экспериментальная модель. ................................................................................174.3. Система вдува вторичного воздуха.....................................................................20V.

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ ...........................................225.1. Измерение давления. ............................................................................................225.2. Определение расхода воздуха. ............................................................................255.3. Измерение температуры.......................................................................................265.4 Визуальные наблюдения и фотографирование...................................................285.5 Измерительно-регистрирующая система. ...........................................................31VI.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ...............................................33VII. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ. .........................................34ЛИТЕРАТУРА. ................................................................................................................372ОБОЗНАЧЕНИЯ.X, Y – прямоугольные координаты, (ось X - по направлению течения, Y - по нормалик поверхности);W – проекция осредненной скорости на ось координат X;δ – толщина динамического пограничного слоя;δ** – толщина потери импульса;ρ – плотность;μ – коэффициент динамической вязкости;λ – коэффициент теплопроводности;α – коэффициент теплоотдачи;Ср – удельная теплоемкость при постоянном давлении;R – удельная газовая постоянная;p – давление;T – температура;τст – касательное напряжение на стенке;2 ст– коэффициент трения на стенке;0 wстСf ст wст – массовая скорость (расход) через элемент поверхности пористого тела;0 w0 – массовая скорость основного потока;Pr C pPrT  C p– критерий Прандтля;TT– турбулентный критерий Прандтля, где T и T -турбулентныевязкость и теплопроводность;a0 – скорость звука в основном потоке;Mw0– число Маха;a0Sc – критерий Шмидта, где D – коэффициент диффузии;DScT St T– турбулентный критерий Шмидта;DTq– обобщенный критерий Стантона, где q – удельный тепловой поток;0 w0 ii  i0  iст – разность энтальпий основного потока i0 и стенки iст;3Re wl– критерий режима движения (критерий Рейнольдса), где l - характерныйразмер;0 w0 **– критерий Рейнольдса, построенный по толщине потери импульса;Re ***где  * – коэффициент динамической вязкости при температуре стенки;Сf0 , St0 – коэффициент трения и критерий Стантона на плоской непроницаемойпластине, обтекаемой изотермическим потоком ("стандартные условия");Ψ – энтальпийный (температурный) фактор;Ψ*– кинетический энтальпийный (температурный) фактор;bкр – критический параметр проницаемости;  – предельный относительный закон теплообмена;bjст 2;0 w0 C f 0bT – параметры проницаемости, где jст jст 2;0 w0 St04cт  wcт.0 w0ВВЕДЕНИЕ.В настоящее время развитие космической и авиационной техники, а такжепромышленной энергетики обуславливает большой интерес к проблеме тепловой защитыповерхностей аппаратов от воздействия высокотемпературного и высокоскоростногогазового потока.

Одним из наиболее перспективных способов защиты поверхностиявляется "пористое" охлаждение. В этом случае стенка аппарата частично или полностьюизготавливаются из специального "пористого" материала способного пропускать черезсебяохладитель(жидкостьиливысокотемпературного газовогогаз).потокаВводохладителяснижаетвпограничныйвеличину тепловыхслойпотоков кповерхности, а также уменьшает трение.Известно, что эффективность пористого охлаждения (т.е. уменьшение тепловогопотока в стенку) существенно зависит от количества и физических свойств подаваемогоохладителя, от характера и скорости течения в основном потоке и от ряда другихпараметров. Количественные измерения зависимости величины теплового потока в стенкуот количества подаваемого охладителя и составляют содержание данной работы.5I.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОРИСТОГО ОХЛАЖДЕНИЯПЛАСТИНЫ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ.Рассмотрим физическую картину явления, имеющего место на проницаемойпластине в условиях пористого охлаждения. Вдув газа в пограничный слой можетосуществляться (рис.1) через пористую (а) или перфорированную (б) стенку. В этихусловиях холодный газ, поступающий на поверхность тела, смешивается с горячим газомосновного потока и на поверхности возникает слой с меньшим градиентом скорости понормали к поверхности и с температурой, равной температуре смеси этих газов.

Такимобразом, чем большее количество холодного газа поступит в пограничный слой, темменьше продольная скорость и температура газа у стенки. При этом может наступитьмомент, когда пограничный слой оттесняется от стенки, и температура стенки становитсяравной температуре вдуваемого газа.

Наличие поперечного потока массы в пограничномслое оказывает влияние на структуру пограничного слоя (толщину, профили скорости,температур и т.д.) и тем больше влияние, чем интенсивнее поперечный поток массы. Сизменением локальных характеристик пограничного слоя изменяются и его интегральныехарактеристики. Так вдув, как правило, приводит к уменьшению трения и тепловогопотока на стенке.Широкое распространение получила асимптотическая теория С.С.Кутателадзе иА.И.Леонтьева [4, 5].

Авторы, используя формулу Л.Прандтля для турбулентного трения,рассмотрели поведение параметров пограничного слоя при Re  . Ими было замечено,что при Re   толщина вязкого подслоя убывает по мере роста числа Re быстрее, чемтолщина всего турбулентного пограничного слоя. В пределе можно представить течениежидкости или газа без вязкого подслоя. В этом случае абсолютные значениякоэффициентов трения и теплообмена стремятся к нулю, однако относительныеизменения коэффициентов трения и теплообмена под влиянием возмущающих факторов(неизотермичность, сжимаемость, проницаемость) сохраняют конечную величину.6а)б)Рис. 1.

Вдув газа в пограничный слой через пористую (а) и перфорированную (б) стенку7При безградиентном течении для случая сверхзвукового обтекания пластиныотносительный закон теплообмена имеет вид:2 St b 1 TM b  , где:кр  St0 Re*T22 ,T  Tст1* Tст2k 1  arctgM 0 r2  ,M  k 1  M0 r2bкр  bкр  M , где2bкр2  1 1  arccos , где1  1 1 1 Tст- температурный фактор.T0Для конечных чисел Рейнольдса применение результатов теории [4, 5] не являетсяочевидным и возможно только при соответствующей коррекции.В частности, в области конечных чисел Рейнольдса и для некоторых случаевкоэффициент динамической вязкости, входящий в Re*T 0 w0 **, следует определять по*температуре стенки, т.к.

при Re   температура в вязком подслое стремится ктемпературе стенки.8II. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА ДЛЯСВЕРХЗВУКОВОГО ОБТЕКАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ.Вследствие разности температур поверхности и обтекающего ее потока возникаетявление теплообмена, характеризуемое наличием теплового потока Q.Тепловой поток – это количество теплоты, проходящее через произвольнуюповерхность в течение произвольного отрезка времени.Исторически сложилась формула для определения теплового потока:Q  TF ,где T – температурный напор, т.е. разность характерных температур поверхностии потока; F – площадь обтекаемой поверхности; τ – время; α – коэффициент теплоотдачи.Эта формула не отражает полностью действительную зависимость тепловогопотока от температуры, физических свойств и размеров поверхности и потока, а являетсялишь формальным приемом, переносящим все трудности расчета теплообмена наопределение величины коэффициента теплоотдачи α.

Определение коэффициентатеплоотдачи как функции параметров, характеризующих исследуемый процесс, являетсяцелью теоретических и экспериментальныхисследований теплообмена. Обычнорассматривают плотность теплового потока, т.е. тепловой поток в единицу времени,отнесенный к единице поверхности:q  T .Тогда α является размерной величиной.Безразмерным представлением коэффициента теплоотдачи является критерийСтантона:St 0 w0C pЗдесь ρ0, w0 и Cp – соответственно: плотность, скорость и удельная теплоемкостьгаза при постоянном давлении, обтекающего поверхность.В сверхзвуковом потоке различают три характерных температуры:Т0 – температура торможения, т.е. температура адиабатно заторможенного потока,T – термодинамическая (статическая) температура,T *ст – адиабатная температура стенки (поверхности), т.е. та температура, котораяустанавливается на поверхности тела, не имеющего источников и стоков тепла,обтекаемого сверхзвуковым потоком, при уменьшении до нуля тепловых потоков (т.е.

при9отсутствии теплопередачи по нормали к обтекаемой поверхности и перетекания теплавдоль этой поверхности вследствие теплопроводности).Адиабатную температуру поверхности вычисляют по формуле:k 1 2 T *ст  T0 1  rM ,2где r – коэффициент восстановления температуры, зависящий в общем случае отфизических свойств газа, характера течения и других особенностей процесса.Температурный напор при обтекании поверхности сверхзвуковым потокомопределяется разностью следующих характерных температур:T  T0  T *ст .Тогда:St q,0 w0C p T0  T *ст и для экспериментального определения его величины необходимо измеритьнепосредственно или косвенно все параметры, входящие в эту формулу.10III. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЗАДАЧИ.В данном эксперименте необходимо имитировать реальное явление обтеканияпластины сверхзвуковым потоком горячего газа.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов учебной работы