Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Размерность удельного теплового потока, таким образом, составляет ккал1мэчас или ккал(мэсек. Передача тепла от тела к телу и внутри данного тела происходит разными способами, в зависимости от строения тел, участвующих в теплообмене, физического состояния их и других причин. В процессе теплообмена различают три основных вида передачи тепла: геплопроводность, те~лообмен путелг конвекг4ии и тепловое излучение. Передача тепла т е п л о п р о в о д н о с т ь ю происходит только при непосредственном соприкосновении между частицами тела. При этом в жидкостях н твердых телах (диэлектриках) перенос энергии осуществляется за счет распространения упругих волн, в газах — путем диффузии атомов илн молекул, а в металлах — путем диффузии свободных электронов. Теплообмен путем к о иве к ц и и происходит лишь в жидкостях и газах. При этом перенос тепла осуществляется непосредственным перемещением частиц (объемов) газа.
Т е п л о в о е и з л у ч е н и е — это процесс распространения энергии в виде электромагнитных волн. Тепловое излучение сопровождаг М А М н х е е в, Основы теплопередачн, Госэнергонвдат, 1949. 292 ется превращением тепловой энергии в лучистую и обратно — лучи- е стой в тепловую. В технических устройствах и тепловых машинах тепло, как правило, передается одновременно двумя или тремя способами. При этом иногда бывает очень трудно определить, каким же именно способом передается ббльшая часть тепла.
Теплообмен путем теплопроводности С помощью одной лишь теплопроводности тепло передается только через твердые, непрозрачные тела. В ЖРД теплообмен путем теплопроводности в чистом виде происходит при передаче тепла через сплошную (непористую) стенку камеры сгорания' к охлаждающей жидкости.
Количество тепла, переданное путем теплоправодности, определяется следую- а щим образом. Пусть дана стенка толщиной 3 м и площадью г' ме (фиг. 92). Температура нагретой поверхности Т, 'С, температу- т ра холодной поверхности Т, С. Тепловой поток, прошедший черен стенку в единицу времени от горячей поверхности к холодной Я ккал/час, определяется.по формуле а= х Р(Т вЂ” Т), (Ч1!. 1) К определеоткуда удельный тепловой поток нию переда- че тепла <',) х теплопроа= — „= — (Т,— Т,), еодностью.
где 1 — коэффит!иент теплопроводносги. Он характеризует собой способность данного тела проводить тепло. Из формулы (ЧП. 1) ннал. м!мт час 'С (или ннал!м час 'С). (Ч!1. 2) 0е Р'(Т, — тт) Иногда величина коэффициента теплопроводчости Х выражается в ккал/мсек 'С. Коэффициент теплопроводности определяется количеством тепла, которое проходит в единицу времени через единицу поверхности при разности температур на единицу толщины стенки в один градус. Чем больше коэффициент теплопроводности, тем легче проходит тепло через стенку, тем меньшая разность температур возникает на стенке данной толщины. Величина коэффициента теплопроводности различна для различных веществ и тел и для каждого из них зависит от температуры, плотности, влажности, структуры. Для газов коэффициент теплопроводности лежит в пределах от Л=0,005 ккалум час'С до Х=0,5 ккал/м час'С.
С повышением тем- пературы Л растет. От давления этот коэффициент для газов практически не зависит. Для капельных жидкостей коэффициент теплопроводности лежит в пределах 0,08 —:0,60 ккал/м час 'С. Для большинства жидкостей (кроме воды и глицерина) с ростом температуры Л падает. Для различного рода строительных и теплоизоляционных материалов (кирпич, дерево, кожа, шлаковая вата и т. д.) коэффициент теплопроводности лежит в пределах от Л =0,02 до Л'= =2,6 ккал/м час'С. л мчас У гоо тоо хоо 5о О ГОО гОО ЗОО ЕОО 5ОО ООО УОО ООО ООО ~ 'С Фиг, 93.
Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для некоторых металлов. Для металлов коэффициент теплопроводности лежит в пределах от Л =2 до Л=360 ккал/м час'С. С ростом температуры коэффициент теплопроводности для большинства металлов убывает. При наличии разного рода добавок в металлы коэффициент теплопроводности резко уменьшается. Поэтому сплавы обычно имеют низкий коэффициент теплопроводности. На фиг. 93 дана зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для некоторых металлов. Теплообмен путем конвекции Теплообмен путем конвекции (конвективный теплообмен) имеет место при передаче тепла через жидкости и газы, а также при передаче тепла от жидкости или газа к стенке или наоборот,— от стенки к жидкости или газу. Теплообмен путем конвекции всегда сопровождается теплообменом путем теплопроводности. При коивективном теплообмене перенос тепла неразрывно связан с переносом частиц движущейся жидкости или газа, поэтому конвективный теплообмен представляет собой очень сложный процесс, зависящий от большого числа различных факторов.
В ЖРД тепло путем конвекции передается от горячих продуктов сгорания, движущихся пц камере сгорания и соплу, к стенкам и от них — к охлаждающей жидкости. Тепловой поток, передаваемый от газа к стенке путем конвекции, определяется по формуле (Л1. 3) О = Р'(Т, — Тз), где т" — площадь поверхности, через которую передается тепло, в м' Т,— температура газа в С; Те — температура стенки в 'С; а — коэффициент теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи определяется условиями теплообмена между жидкостью или газом и стенкой.
Как видно из уравнения '(т'П. 3), (ЧП. 4) а = ннал1 и' час 'С. р(т, — т,) Следовательно, коэффициент теплоотдачи определяется количеством тепла, переданного в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между поверхностью и жидкостью илитазом в один градус. При конвективном теплообмене передача тепла от газа или жидкости к стенке или, наоборот, от стенки к жидкости или газу неразрывно связана с движением самих частиц жидкости или газа. Именно эти частицы, приближаясь к стенке, отдают ей свою энергию в виде тепла или уносят от нее энергию в массу жидкости.
Поэтому ясно, что чем больше частичек передает свою энергию (определяемую величиной температуры Т,) стенке, тем больше величина коэффициента теплоотдачи а. Количество частичек, проходящих у стенки и могущих обмениваться с ней энергией, пропорционально скорости движения их и (для газов) количеству частичек в единице объема, т. е. пЛотности. Таким образом, количество тепла, переданного стенке, пропорционально произведению плотности потока на его скорость, т.
е. рш. Это произведение носит название массовой скорости. Чем больше величина массовой скорости, тем выше теплоотдача. Так, например, в ЖРД при движении по соплу массовая скорость согласно уравнению неразрывности определяется выражением Так как величины 6 и д постоянны по длине сопла, то, очевидно, массовая скорость имеет наибольшее значение в критическом сечении сопла, где / имеет наименьшее значение. Опыты подтверждают, что действительно наибольшие конвективиые тепловые потоки имеют место возле критического сечения сопла.
Массовая скорость, а следовательно, и коэффициент теплоотдачи от газа к стенке зависит также и от давления. С возрастанием давления плотность р увеличивается и массовая скорость растет. Растет и теплоотдача от газа к стенке, При движении несжимаемой жидкости р=сопз1 и коэффициент теплоотдачи а зависит в основном от скорости ш. Такое положение имеет место в рубашке охлаждения ЖРД. Кроме массовой скорости, на величину коэффициента теплоотдачи а оказывают влияние многие другие причины: теплопроводность, теплоемкость газа, форма канала и т. д. Наибольшие трудности в расчете тепловых потоков при конвективном теплообмене заключаются в определении коэффициента теплоотдачи а.
Теоретически коэффициент теплоотдачи определить очень трудно, а часто и невозможно. Поэтому обычно коэффициент тепло- отдачи определяют по формулам, полученным на основании большого числа опытов, проведенных на подобных установках. Эти формулы дают соотношение между коэффициентом теплоотдачи, теплопроводностью,массовой скоростью течения газа и температурой его. Формулы для подсчета коэффициента теплоотдачи Приведем две формулы подсчета коэффициента теплоотдачи для случаев теплообмена, близких к условиям ЖРД.
Для подсчета коэффициента теплоотдачи от горячего газа к стенке при течении газа по гладкой цилиндрической трубе наиболее надежной в настоящее время следует считать полуэмпирическую формулу Гухмана †Илюхи, проверенную опытным путем для чисел М(1 ". Формула имеет вид — 00162( ' ) ( — )ц, (ЧП.6) где а„— коэффициент теплоотдачи от газа к стенке в ккал/м' сек 'С; с~„„, и А „,— теплоемкость в ккал/кг'С и коэффициент теплопроводности в ккал/мсек 'С газа — продуктов сгорания при температуре газовой стенки; гс — скорость движения газов в м/сек; х/ — внутренний диаметр трубы в м; 7 — удельный вес текущего газа в кг/мз; Т„., — температура стенки, которой газ передает тепло,— горячей стенки в 'або.; (Ср г.ст К1сг.ст) ' т где р„., — динамическая вязкость горячих газов при температуре газовой стенки в кгсек/лвз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
