Определение конвективного удельного теплового потока. Нахождение значения коэффициента теплоотдачи от газа к стенке. Определение и расчет степени черноты продуктов сгорания, подогрева охладителя и средней температуры охладителя на каждом участке.
Аннотация к работе
Расчет конвективного охлаждения сводится к определению температурных полей стенки и охлаждающей жидкости по длине канала, а также определению размеров и гидросопротивления межрубашечного зазора и мощности насоса для прокачки охлаждающей жидкости. Исходными данными являются: 1) массовый расход , кг/с и состав смеси газов, протекающих через канал; 2) термодинамические параметры смеси: температура , K, и давление МПА; 3) геометрические размеры и форма канала: - диаметр цилиндрической части камеры сгорания, м;Для расчета наружного охлаждения канал разбивается на участки.Вычисляем теплоемкость газового потока по формуле (1.1): (1.1) где Срі-теплоемкость конкретного газа при заданной температуре смеси, КДЖ/(кг К); ri - доля газа в газовом потоке. Определяем теплоемкость газов, пользуясь данными приложения А [1], применяя метод интерполяции: КДЖ/(кг К); Находим молекулярную массу смеси по формуле (1.2): (1.2) где Мі-молекулярная масса конкретного газа, кг/(кмоль); Динамическая вязкость определяется по формуле (1.3): , (1.3) где Мі-молекулярная масса смеси, кг/(кмоль); Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке рассчитывается по формуле: (1.4) где Срсм - теплоемкость газового потока, КДЖ/(кг К);Конвективный удельный тепловой поток определяется по формуле: (1.5) где - коэффициент теплоотдачи для рассчитываемого участка, Вт/м2;Из составляющих продуктов сгорания числа газов практическое значение для расчета удельного лучистого теплового потока имеет только излучение и . Это означает, что степень черноты продуктов сгорания зависит от степени черноты паров и углекислоты: , (1.6) где - степень черноты углекислого газа; Последний член в данном выражении означает, что излучение смеси и несколько меньше суммы излучений этих газов, так как полосы излучения и поглощения для и частично совпадают. Для нахождения необходимо рассчитать парциальное давление водяных паров по формуле (1.8): , (1.8) где - давление газовой смеси в камере сгорания, Па; Для нахождения необходимо рассчитать парциальное давление углекислоты по формуле (1.9): , (1.9) где - давление газовой смеси в камере сгорания, Па;В общем случае лучистый тепловой поток qл, определяется выражением: , (1.11) где и - соответственно температуры продуктов сгорания и газовой стенки, K; В двигателях с медными и стальными охлаждаемыми стенками, не имеющими никаких специальных жароупорных покрытий, сравнительно невелика, значит, лучеиспусканием стенки можно пренебречь. Эффективную степень черноты стенки можно найти по формуле (1.13): , (1.13) где - степень черноты стенки, значение которой определяется из таблицы 1.Суммарный тепловой поток Q?, находится как сумма конвективного и лучистого удельных тепловых потоков для рассчитываемого участка.
, (1.14)
Вт/м2.
Вт/м2.
Вт/м2.
Вт/м2.
Вт/м2.
Вт/м2.
Вт/м2.
Вт/м2.
Вт/м2.
Вт/м2.
Вт/м2.Рассчитываем для каждого участка площадь поверхности, омываемой газовой смесью: , (2.1) где dcp - средний диаметр участка, м; Суммарный тепловой поток Q, Вт на каждом участке вычисляется по формуле (2.2): , (2.2) где - суммарный тепловой поток на участке, Вт/м2; площадь поверхности, омываемой газовой смесью, м2; Ориентировочная температура выхода охладителя Твых, К определяется по формуле (2.3): (2.3) где Q - общий тепловой поток в стенку камеры сгорания, Вт;Подогрев охладителя вычисляется по формуле: (2.5) Средняя температура охлаждающей жидкости на каждом участке определяется по формуле (2.7): (2.7) где и - температуры охладителя соответственно на входе и выходе из рассчитываемого участка, K. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к охладителю и температуры «жидкостной» стенки Перепад температур по толщине стенки ?TWI, К при заданной температуре газовой стенки для каждого участка рассчитывается по формуле (3.1): (3.1) где - толщина стенки, м;Площадь проходного сечения Fохлi, м2 щели на каждом участке: , (3.3) где - средний диаметр охлаждающей щели на рассчитываемом участке, м; м - высота щели, м. Средний диаметр охлаждающей щели dохлi, м вычисляется по формуле (3.4): (3.4) где - средний диаметр сопла на рассчитываемом участке, м; Коэффициент теплоотдачи от жидкостной стенки к жидкости вычисляем по формуле (3.5): , (3.5) где - массовый расход жидкости, кг/с;Зная перепад температур по толщине стенки, можно определить температуру газовой стенки: , (3.8) где - уточненная температура «жидкостной стенки» стенки из формулы (3.7), К; Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности. Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности. Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности. Погрешность не превышает 5% - это означает, что температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.Площадь сечения кольцевого зазора рассчитывается по формуле (4.2): (4.2) где - средний диаметр поперечного сечения канала на каждом участке, м; Возьмем плотность из та
План
Содержание
Введение
1. Определение удельного теплового потока
1.1 Выбор температуры газовой стенки
1.2 Определение конвективного удельного теплового потока
1.2.1 Расчет теплоемкости и вязкости газового потока
1.2.2 Нахождение значения коэффициента теплоотдачи от газа к стенке
1.2.3 Определение конвективного удельного теплового потока в стенку
1.3 Определение лучистого и суммарного удельных тепловых потоков
1.3.1 Определение степени черноты продуктов сгорания
1.3.2 Определение удельного лучистого теплового потока
1.3.3 Определение суммарного теплового потока
2. Определение подогрева охладителя
2.1 Определение температуры выхода охладителя
2.2 Определение подогрева охладителя и средней температуры охладителя на каждом участке
3. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к охладителю и температуры «жидкостной стенки»
3.1 Определение температуры «жидкостной стенки»
3.2 Определение коэффициента теплоотдачи от жидкостной стенки к охладителю
3.3 Оценка погрешности при выборе температуры газовой стенки
4. Расчет мощности насоса
4.1 Определение скорости движения охладителя
4.2 Определение гидросопротивления межрубашечного зазора
4.3 Расчет мощности насоса
Заключение
Введение
Расчет конвективного охлаждения сводится к определению температурных полей стенки и охлаждающей жидкости по длине канала, а также определению размеров и гидросопротивления межрубашечного зазора и мощности насоса для прокачки охлаждающей жидкости.
Исходными данными являются: 1) массовый расход , кг/с и состав смеси газов, протекающих через канал;
2) термодинамические параметры смеси: температура , K, и давление МПА;
3) геометрические размеры и форма канала: - диаметр цилиндрической части камеры сгорания, м;
- диаметр критического сечения сопла, м ;
- диаметр выходной части сопла, м;
- длина цилиндрической части сопла, м;
4) материал стенки и ее толщина , м;
5) тип охлаждающей жидкости, ее расход кг/с, давление и температура на входе, ,К, , МПА;
6) углы и раскрытия сопла;
В результате расчета необходимо определить: 1) величину удельного теплового потока по длине сопла
2) температурное поле стенки со стороны газа и со стороны жидкости:
3) скорость движения охлаждающей жидкости в межрубашечном зазоре , м/с; гидравлическое сопротивление межрубашечного зазора , Н/м2, мощность насоса для прокачки охлаждающей жидкости N, Вт.