Учебное пособие 1215

Так как величина лучистых тепловых потоков определяется в первую очередь термодинамической температурой, по длине сопла всегда имеет место резкое снижение значений qл. Поэтому при расчетах лучистых тепловых потоков можно с достаточной степенью точности принять следующую картину распределения qл по длине канала:

1)До участка, содержащего сечение диаметром 1,2Dкр (где Dкр - диаметр критического сечения), значение удельного лучистого теплового потока остается постоянным и равным тепловому потоку камеры сгорания qлкс.

2)В критическом сечении удельный лучистый тепловой поток в два раза меньше теплового потока в камере сгорания: qлкр=0,5qлкс.

3)На участке, содержащем сечение диаметром 1,5Dкр, удельный лучистый тепловой поток равен qл=0,1qлкс.

4)На участке, содержащем сечение диаметром 2,5Dкр, qл=0,02qлкс. Значения qл для каждого участка определяются по графику распределения

qл по длине канала и приводятся в тексте работы или в приложении (Приложение Г).

1.3.3. Определение суммарного теплового потока

Суммарный тепловой поток находится как сумма конвективного и лучистого удельных тепловых потоков для рассчитываемого участка.

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДОГРЕВА ОХЛАДИТЕЛЯ

2.1.Определение температуры выхода охладителя

Для каждого участка рассчитывается площадь поверхности, омываемая газовой смесью

9

где dср – средний диаметр участка, м;l - длина участка, м.

Значения искомых здесь и далее величин приводятся в тексте работы или в приложении.

Зная величину суммарного теплового потока на каждом участке, можно найти значение общего теплового потока:

k

Q q i Fi , (2.2)

i 1

где q i - суммарный тепловой поток на участке, Вт/м2;

Fi - площадь поверхности, омываемой газовой смесью, м2;

k - количество участков.

Ориентировочная температура выхода охладителя определяется по фор-

муле

где Q - общий тепловой поток в стенку камеры сгорания, Вт; mf - массовый расход охладителя, кг/с;

Срf = 4,19 кДж/(кг К) – теплоемкость охладителя (воды) вне зависимости от изменения ее температуры;

Твхf - температура охладителя на входе, К.

Необходимо сравнить температуру охладителя на выходе с температурой кипения воды при данном давлении.

Предположим, что потери давления в рубашке охлаждения составляют не более 2 МПа. Тогда давление на выходе из канала

10

Если температура воды на выходе из тракта охлаждения ниже температуры кипения, значит ее применение в качестве охладителя возможно для охлаждения данного двигателя.

2.2.Определение подогрева охладителя и средней температуры охладителя на каждом участке

Подогрев охладителя вычисляется по формуле

Температура охлаждающей жидкости на выходе из каждого участка рав-

на

где Твхi -температура охладителя на входе в рассчитываемый участок;Т fi - перегрев на участке, К.

11

Средняя температура охлаждающей жидкости на каждом участке определяется по формуле

где Твхfi и Твыхfi - температуры охладителя соответственно на входе и выхо-

де из рассчитываемого участка, К.

Значения температуры охладителя на каждом участке приводятся в тексте работы или в приложении (Приложение Г).

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ОТ СТЕНКИ

КОХЛАДИТЕЛЮ И ТЕМПЕРАТУРЫ "ЖИДКОСТНОЙ" СТЕНКИ

3.1.Определение температуры "жидкостной" стенки

Перепад температур по толщине стенки при заданной температуре газовой стенки для каждого участка рассчитывается по формуле

3.2. Определение коэффициента теплоотдачи от жидкостной стенки к охладителю

Площадь проходного сечения щели на каждом участке

12

где dохлi - средний диаметр охлаждающей щели на рассчитываемом участ-

ке, м;

h 0,002 м - высота щели.

Средний диаметр охлаждающей щели вычисляется по формуле

где dсрi - средний диаметр сопла на рассчитываемом участке, м;w - толщина стенки сопла, м;

h - высота тракта охлаждения, м.

Коэффициент теплоотдачи от жидкостной стенки к жидкости вычисляем по формуле

где mf - массовый расход жидкости, кг/с;

Fохл i - проходное сечение щели на рассчитываемом участке, м2; dэ - эквивалентный диаметр канала охлаждающего тракта, м;

Кжi - комплекс теплофизических свойств для жидкости при средней тем-

пературе жидкости на участке, кг0,2 м1,8 .

с2,2 К

Эквивалентный диаметр канала

Комплекс Кж находится по графику его зависимости от температуры для воды (рис. 2).

13

Рис. 2. Зависимость комплекса теплофизический свойств kж от температуры для некоторых компонентов топлива: 1 – вода; 2 – этиловый спирт; 3 – керосин; 4 – азотная кислота; 5 – перекись водорода

3.3. Оценка погрешности при выборе температуры газовой стенки

Найдем уточненную температуру "жидкостной" стенки

где Тfсрi - средняя температура жидкости на рассчитываемом участке; q i - суммарный тепловой поток на рассчитываемом участке, Вт/м2;

fi - коэффициент теплоотдачи от "жидкостной" стенки к жидкости,

Вт/(м2 К).

Зная перепад температур по толщине стенки, можно определить температуру газовой стенки

где Тwf'i - уточненная температура "жидкостной" стенки из формулы, К;Twi -перепад температур по толщине стенки, К.

14

Сравнивая полученную температуру газовой стенки с выбранной в начале вычислений, определяем погрешность для каждого участка

Т - Т

wiг wгi 100% . (3.9)

Т

wгi

Если погрешность не превышает 5 %, то можно считать, что температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности. Если погрешность превышает 5 %, расчет повторяют, задавшись новым значением Тwг.

4.РАСЧЕТ МОЩНОСТИ НАСОСА

4.1.Определение скорости движения охладителя

Скорость движения охладителя определяется из уравнения расхода

где m f - массовый расход жидкости, кг/с;

fi - плотность охладителя при средней температуре жидкости на участке,

кг/м3 (Приложение Б);

Si - площадь сечения кольцевого зазора на рассчитываемом участке, м2. Площадь сечения кольцевого зазора рассчитывается по формуле

где dср i - средний диаметр поперечного сечения канала на участке, м;w - толщина стенки, м;

h 0,002 - высота щели, м.

4.2.Определение гидросопротивления межрубашечного зазора

Вохлаждающем тракте камеры происходит два вида потерь:

1)Потери на трение жидкости о стенки канала.

2)Местные потери на скреплениях внешних и внутренних оболочек двигателя, штамповках, поворотах, плавных и внезапных сужениях (расширениях) тракта двигателя.

Потери на трение определяются формулой Дарси-Вейсбаха:

15

где - коэффициент потерь;li - длина участка;

dэ = 0,004 м - эквивалентный диаметр канала;

fi - плотность охлаждающей жидкости на рассчитываемом участке, кг/м3

(Приложение Б);

wf i - скорость жидкости на участке, м/с. Коэффициент потерь зависит от числа Рейнольдса

16

где pтрi - потери на трение на i-том участке, Па;

pмi - потери на местные сопротивления на i-том участке, Па.

4.3. Расчет мощности насоса

Мощность насоса, необходимую для прокачки жидкости, определяют по формуле

где p f - суммарные потери на гидросопротивление межрубашечного за-

зора, Па;

mf - расход охлаждающей жидкости, кг/с;

f - среднее значение плотности жидкости между входом в канал и

выходом, кг/м3;0,65 0,75 - коэффициент полезного действия.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кириллин, В. А. Техническая термодинамика: учебник/ В. А. Кириллин, В. В. Сычев, А. Е. Шейндлин– 4-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 416 с.

2. Сборник задач по технической термодинамике: учебное пособие / Т. Н. Андрианова, Б. В. Дзампов, В. Н. Зубарев, С А. Ремизов. – 3-е изд., перераб.- М.: Энергоиздат, 1981.-240 с.

С. Л. Ривкин– 4-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 288 с.

5. Ривкин, С. Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара: справочник/ С. Л. Ривкин, А. А. Александров – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 80 с.

17

ПРИЛОЖЕНИЕ А Теплофизические свойства газов

18