Расчет конвективного охлаждения стенки камеры жидкостно-ракетного двигателя - Курсовая работа

В ЖРД широко используют конвективное охлаждение стенки камеры (последнюю образуют камера сгорания и сопло Лаваля). Здесь охлаждение обеспечивают прокачкой жидкости (горючего) по зазору между наружной поверхностью стенки и охватывающей ее «рубашкой». Если расход охладителя и условия теплообмена достаточны для отвода от стенки всей теплоты, которая поступает от высокотемпературного потока газообразных продуктов сгорания, то обеспечен стационарный тепловой режим работы стенки. Чтобы уменьшить отвод теплоты в стенку и снизить ее температуру, на внутреннюю поверхность стенки наносят слой защитного покрытия из жаростойкого материала с малой теплопроводностью. Определить расход охладителя , обеспечивающий стационарный режим работы системы, и найти температуру поверхностей стенки со стороны газа и жидкости .Определю геометрию рассматриваемого участка и параметры газа в критическом, входном и выходном сечениях. Подставив найденное в газодинамическую функцию давления, найду : Определю газодинамическую функцию плотности, а по ней и функцию расхода для рассматриваемого сечения: . Определяю радиус выходного сечения сопла: . м. Аналогичным образом рассчитаю геометрию в сечениях и . Определю скорость газа в сечении 1 и сечении 2: м/с. м/с.Конвективный тепловой поток от газа к стенке вычисляется по формуле Ньютона-Рихмана, вводя характерное значение газа в пограничном слое: . В качестве определяющей берут температуру при М=0,3…1,6, где - температура восстановления. Так как в данной формуле присутствует величина ,зависящая от коэффициента r, а он, в свою очередь, зависит от свойств газа, то необходимо использовать метод последовательных приближений. Принимаю r=0.88, а затем уточню его с помощью связи : Температура поверхности стенки (покрытия) со стороны газа в начале расчета неизвестна. Определяю молекулярную массу смеси: Теперь, подставив найденные значения с учетом заданных , определяю теплоемкость смеси: =2046 Дж/кг К.Для вычисления плотности лучистого теплового потока применяю следующие зависимости: . Длина теплового луча через объем газа V и площадь поверхности отвечающей ему оболочки F: м. находят по справочникам, исходя из , вида покрытия стенки и условий его работы( наличие окислов, сажи).Применив принцип аддитивности, рассчитываю суммарный тепловой поток: 8.293*105 1.313*106=2.142*106Вт/м2.Линейное термическое сопротивление со стороны газа представлено выражением: охладитель стенка газ тепловойВеличина линейного термического сопротивления складывается из соответствующих сопротивления покрытия и собственно стенки. Коэффициент теплопроводности покрытия Вт/м К нахожу по справочнику. Рассчитываю сопротивление для покрытия: м К/Вт.Необходимый для обеспечения стационарного режима работы расход охладителя определяю из системы уравнений: Получаю Gж=6,9902 кг/с. Термическое сопротивление теплоотдачи со стороны жидкости определю из уравнения теплопередачи: м =0,00002411К/Вт. Связь и искомым расходом жидкости в безразмерном виде выражается критериальным уравнением Михеева: . По найденному расходу жидкости определяю скорость течения жидкости в минимальном сечении канала: .Конвективный тепловой поток от газа к стенке вычисляется по формуле Ньютона-Рихмана, вводя характерное значение газа в пограничном слое: . В качестве определяющей берут температуру при М=0,3…1,6, где - температура восстановления. Так как в данной формуле присутствует величина ,зависящая от коэффициента r, а он, в свою очередь, зависит от свойств газа, то необходимо использовать метод последовательных приближений. Принимаю r=0.88, а затем уточню его с помощью связи : Температура поверхности стенки (покрытия) со стороны газа в начале расчета неизвестна. Определяю молекулярную массу смеси: Теперь, подставив найденные значения с учетом заданных , определяю теплоемкость смеси: =2046 Дж/кг К.Для вычисления плотности лучистого теплового потока применяю следующие зависимости: . Длина теплового луча через объем газа V и площадь поверхности отвечающей ему оболочки F: м. находят по справочникам, исходя из , вида покрытия стенки и условий его работы( наличие окислов, сажи).Применив принцип аддитивности, рассчитываю суммарный тепловой поток: 12,9*105 1.197*106=2.559*106Вт/м2.Линейное термическое сопротивление со стороны газа представлено выражением: Здесь коэффициент теплоотдачи между газом и стенкой определяется суммарным тепловым потоком и зависит от того, какая температура газа присутствует в уравнении теплопередачи.Величина линейного термического сопротивления складывается из соответствующих сопротивления покрытия и собственно стенки. Коэффициент теплопроводности покрытия Вт/м К нахожу по справочнику. Рассчитываю сопротивление для покрытия: м К/Вт.Термическое сопротивление теплоотдачи со стороны жидкости определю из уравнения теплопередачи: м =0,0000354К/Вт.Номер участка Tgaz К q Вт/м2 *106 ql Вт/м *106 Twn К Twж К Тж К

IX(кр.) 3111 2.559 3.39 639,1 471,5 330

X 3110 2,643 3.267 647,5 477,3 333

XI 3109 2,897 3,149 662,4 484,2 337

XII 3108 3.124 3,053 6

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Задание

Исходные данные

1. Определение геометрии сопла

2. Расчет участка №1

2.1 Расчет конвективного теплового потока от газа к стенке

2.2 Расчет лучистого теплового потока

2.3 Определение линейной плотности теплового потока

2.4 Расчет сопротивления теплоотдачи со стороны газа

2.5 Расчет сопротивления теплопроводности

2.6 Расчет характеристик системы теплоотвода

3. Расчет участков дозвуковой части

4. Расчет участка, содержащего критическое сечение сопла

4.1 Расчет конвективного теплового потока от газа к стенке

4.2 Расчет лучистого теплового потока

4.3 Определение линейной плотности теплового потока

4.4 Расчет сопротивления теплоотдачи со стороны газа

4.5 Расчет сопротивления теплопроводности

4.6 Расчет характеристик системы теплоотвода

5. Расчет участков сверхзвуковой части сопла

Выводы

Перечень ссылок

В ЖРД широко используют конвективное охлаждение стенки камеры (последнюю образуют камера сгорания и сопло Лаваля). Здесь охлаждение обеспечивают прокачкой жидкости (горючего) по зазору между наружной поверхностью стенки и охватывающей ее «рубашкой». Если расход охладителя и условия теплообмена достаточны для отвода от стенки всей теплоты, которая поступает от высокотемпературного потока газообразных продуктов сгорания, то обеспечен стационарный тепловой режим работы стенки. Чтобы уменьшить отвод теплоты в стенку и снизить ее температуру, на внутреннюю поверхность стенки наносят слой защитного покрытия из жаростойкого материала с малой теплопроводностью.

Задание

Определить расход охладителя , обеспечивающий стационарный режим работы системы, и найти температуру поверхностей стенки со стороны газа и жидкости .

Исходные данные

Вариант №9

- массовый расход продуктов сгорания кг/с;

состав продуктов сгорания: , , , , ;

полная температура и давление продуктов сгорания

К, Бар;

- материал защитного покрытия ZRSI, его толщина мм;

- материал стенки 1Х18Н9Т, ее толщина мм;

-толщина зазора между стенкой и «рубашкой» мм;

- вид охлаждающей жидкости горючее- , окислитель- ;

- начальная температура охлаждающей жидкости =40 ?С .