Оглавление:
Транспирация (просачивание через поры) и пленочное охлаждение
- Для защиты отдельных конструктивных элементов турбореактивных и реактивных двигателей, таких как стенки камеры сгорания, выпускные сопла и лопатки газовой турбины、 Специальный метод охлаждения. В этом разделе описывается суть этих методов. На рис. 10-21 показана схема этих методов охлаждения. Верхний левый рисунок является нормальным Конвекционное охлаждение. Верхний правый прибор показывает охлаждение пленки process. In этот процесс, охлаждая поток、 surface. In в этом случае образуется слой, который изолирует стенки от горячих газов.
Потому что охлаждая фильм постепенно разрушен путем смешивать с горячим газом、 Эффективность уменьшается в направлении потока. Этого недостатка можно избежать путем 1. In в литературе транспирационное охлаждение иногда называют пористым охлаждением. (Примечание, редактировать） С помощью процесса, называемого транспирацией (проникновение через поры), «охлаждение испарением», рисунок показан в левом нижнем углу figure. In в этом случае стены являются Пористый материал и охладитель вдуваются в поры.
Так как поверхность тела растет пропорционально квадрату размеров этого тела, а объём — пропорционально кубу этих размеров, то для больших тел. Людмила Фирмаль
Поэтому охлаждающая пленка на стороне горячего газа постоянно обновляется, что может повысить эффективность охлаждения Сделайте его ровным по всей поверхности. До сих пор считалось, что как охлаждающие, так и горячие среды являются газами или жидкостями. Когда высокотемпературное средство ГАЗ、 Эффективные-горячие Ло / pon для охладителя ponpartition горячего потока охладителя захватывая горячий Ло / Лоя затем охлаждение / пленка схеме Лелу испарения. 10-21. Схема конвективного процесса、 Испарение и охлаждение пленки. Охлаждение горячего бегуна охлаждающей жидкости transliraya может быть значительно улучшено с помощью жидкостного охладителя.
Этот метод рисуется. Он расположен в правом нижнем углу экрана. Photo. In в этом случае пленка жидкости создается с горячей газовой стороны стенки, и жидкость испаряется на ее поверхности, которая в процессе поглощает тепло Это повышает эффективность данного способа охлаждения. Далее эти способы называются охлаждением путем испарения пленки или»охлаждением путем испарения». В зависимости от того, продувается ли охладитель через щель или пористую стенку. * 1 очень серьезные проблемы при создании спутников, ракет, межпланетных кораблей Чрезмерный нагрев поверхности этих устройств обусловлен трением высокоскоростного воздушного потока.
В настоящее время наиболее эффективным методом является метод абляции. Поверхность Он изготовлен из такого материала, который возгоняется при повышении температуры за счет аэродинамического нагрева. Таким образом, создается массовый расход с поверхности 、 Теплопередача, как и в случае испарительного охлаждения. Рассмотрим испарительное охлаждение. Этот метод создает противоток между охладителем и термальным выходом стены Поток движется от горячего газа к холодной поверхности.
Это снижает коэффициент теплопередачи по сравнению с условиями твердой поверхности. Попытайтесь получить Формула, которая приблизительно представляет это снижение интенсивности теплопередачи. Для этого можно полностью заменить реальный корпус на значительно упрощенный model. So. .В качестве последнего мы используем поток Кетта, который возникает между двумя параллельными стенками .1-я стена закреплена таким образом, что они не двигаются, а 2-я стена движется с постоянной скоростью .Скорость самолета .
Точное решение уравнения ламинарного пограничного слоя, в котором жидкость продувает стенки, приведено в§ 16-2, далее .Кетте поток Испарительное охлаждение .На рис .10-22 схематично показан поток Кетта между неподвижной стенкой 1 и подвижной стенкой 2 .Как показано на рисунке, ось x и ось r .Движение пластины 2 заставляет жидкость течь между стенками 2 в направлении оси X . Расход и направление оси Х линейно увеличивается от нулевого значения стенки 1 до величины а, и стенка 2 перемещается, когда поперечное сечение задачи становится достаточным Если давление постоянно в направлении оси x, далеко от входа .
Если газ далее вдувается в поле потока через пористую стенку 1 со скоростью v、 При удалении от стены 2, Поле скорости будет отличным .при постоянном давлении в направлениях x и y постоянные скорости v и v вдоль стенки скорости равны、 направление y axis .In кроме того, поскольку характеристики потока считаются постоянными, непрерывность требует, чтобы скорость v была постоянной в направлении оси Y . Баланс количества Основной объем 1-2-3-при движении по оси Х в направлении 4 следует учитывать силы трения в 1-2 и 3-4 плоскостях .
Также через них в направлении x В самолете есть импульс .Такое же давление существует только в плоскостях 1-4 и 2-3, и энергия, поступающая через плоскость 1-4, равна энергии, выходящей из элемента .2-3 через самолет .Это дает следующее уравнение: граничное условие dbidy2 выглядит следующим образом: для y= 0 и= 0; для y = b и= B .При простом интегрировании вы получаете следующую формулу Для своих компонентов скорости .И _ e ^ — l b 1 Введение числа Рейнольдса Reₑb, включая скорость впрыска и длину b (Reₑb= bv / v), это уравнение имеет вид Он преобразуется следующим образом: u _ b) injectionb инжекция Rc * _ _ 1 для некоторых значений числа Рейнольдса инжекций форма профиля скорости, описываемого этим уравнением, показана ниже .
Рис .10-22 .Рис .10-22 .Подача кето путем дуть и всасывание проходя через пористую стену .— получает значение больше tw .Предположим, что стена находится в 2 разных местах TW и tb при указанной температуре .Рассчитайте тепловой поток от поверхности 2 к поверхности 1 через протекающий газ .Температура в поле, подача будет функцией только если: Температура обеих поверхностей постоянна, если поток находится на достаточном расстоянии от входа .Объем 1-2-3-4 элементов теплового баланса, теплового потока следует учитывать .Теплопроводность и конвекция через пластины 1-2 и 3-4 .На поверхности плоскостей 1-4 и 2-3 отсутствует тепловой поток за счет теплопроводности.
Поверхности плоскостей 1-4 и 2-3, а приток и отток конвекции равны .Тепло также может генерироваться в элементе объема .Тепло, выделяемое на единицу объема Единица времени, выраженная как F . Это тепло может быть вызвано, например, внутренним трением .Тепловой баланс выражается следующей формулой: внутреннее тепло Он может быть исключен из исследования путем определения коэффициента теплопередачи путем введения температуры восстановления таким же образом, как указано в § 10-1 .
Дифференциальный Уравнение, описывающее температурное поле потока без тепла (для малых скоростей) : если y = 0 и граничное условие Y = bt = tQ, то оно полностью аналогично Приведенное выше уравнение описывает поле течения .Т-тиви ?Vcyl _ jwwb) Reₑ & Pr J ⁼ −1 a * PR-1H тепловой поток, фиксированный Стена определяется путем дифференцирования уравнения different — ^ (/d-QReₑ₆PrЬ (л » рг1) .Здесь из соотношения определяют коэффициент теплопередачи а и сравнивают его с коэффициентом Передача тепла подачи Kette без дуть (y = 0) : areg₆ｐｒ₀ -regregdpr_₁ (10-67) последнее уравнение.
Процесс выдувания .Тепло, генерируемое внутренним трением, что важно при высоких скоростях трения, можно рассматривать путем замены температуры стенки tb на пониженную температуру .Это связано с этими особенностями потока .X . S . Мик Ли . 18 .5]и сотрудники показали, что приведенная выше формула точно отражает уменьшение ламинарного теплообмена Если произведение Re P & Pr дано в следующем виде, если поток имеет число Прандтля, равное 1, то пограничный слой на плоской пластине с инжекцией: Kee₄rgvcb _ _ _ рисунок V 1 K ^ 0 Stg (10-68), где v-скорость впрыска в поверхность пластины .И$ — это скорость потока .St hiss — это число Стэнтонов на твердой пластине .
- Миклей также сказал, что против газа. Если число Прандтля больше 1, то фактическое уменьшение теплопередачи больше, чем уменьшение, заданное уравнением потока Кетта, поэтому это уравнение дает разумную оценку потока Ламинарный пограничный слой .В . Д . Лани . 186]для описания турбулентного пограничного слоя в ламинарном подслое использовалась модель течения Кетте .Это .. 、 В приведенном выше расчете расстояние между поверхностями заменяется толщиной слоистого подслоя, а скорость и движущаяся пластина заменяются скоростью границы между подслоем и границей Турбулентный пограничный слой и температура tb-температура границы. Ранье также принял процесс турбулентного перемешивания и толщину пограничного слоя в пограничном слое、 Подслой не изменяется при продувке.
Конечное соотношение немного сложнее, поэтому мы не будем его здесь рассматривать. Миклей показал более простую связь уравнений течения Кетт очень хорошо согласуется с экспериментами по турбулентному течению пограничного слоя воздуха на плоскости. 10-23. Коэффициент восстановления температуры ламинарного потока Течение пограничного слоя на плоской пластине предполагает вдувание и всасывание. Rcₓ-на основе скорости потока и расстояния x от передней кромки (e. eckert and i. By levingud). Рис. 10-24. Энергетический баланс испарительного охлаждения. Плита дуновения воздуха.
При изменении состояния системы под действием внешних полей во внутреннюю энергию системы включают потенциальную энергию системы в этих полях. Людмила Фирмаль
Зависимость коэффициента восстановления температуры от расхода Кетта Он применяется для описания условий пограничного слоя. Рисунок 10-23 результат расчета ламинарного пограничного слоя[l. [187]. Главным образом высчитанный для воздуха Она течет, как. .cooler .In в турбулентном пограничном слое коэффициент восстановления измеряется меньше по мере изменения скорости инжекции .Температура Неподвижную стенку со стороны потока газа можно получить, используя тепловой баланс управляющего объема, как показано на рисунке 3 .10-24 .
Берем: стационарные Состояние, отсутствие внутреннего тепла и отсутствие теплопередачи к поверхности стены за счет излучения .Поверхность 1-2 Тома находится на внешней стороне поверхности стены .Поверхность 3-4 перемещается от стенки на входной стороне охладителя только к значениям вне пограничного слоя на этой стороне стенки .Допустим, тепло с поверхности 1-4 и 2-3 не поступает .Тепло передается теплопроводностью и конвекцией через плоскость 1-2, а конвекция — через плоскость 3-4 .Тепловой На рисунке показан расход на единицу измерения area .It принимается, что охлаждающий воздух выходит из пористой стенки при температуре, равной температуре поверхности стенки tw .Подобные случаи Это верно, если поры достаточно малы .
Тепловой баланс контролируемого объема дает следующее уравнение: = (10-69) расход、 По теплопроводности (dtldy) w, был заменен на a (tₛ— tw) .Из этого уравнения можно рассчитать температуру стенки tw, когда входящая температура: Охладитель/ с, температура потока вне пограничного слоя tₛ, коэффициент теплопередачи a .температура охладителя и температура внутри пористой стенки Материал можно определить расчетным путем .Это похоже на то, что мы делали ранее в стиле Kette .Такой расчет осуществляется в соответствии с п .Зеленый . 188], тепло также учитывалось Источники для соблюдения условий, которые могут возникнуть в реакторе .
Также опубликованы расчеты, объясняющие течение и процесс теплообмена в пористых трубах Стена .Результаты-Эккерт и Доног [L .189 .Здесь мы попытаемся получить формулу анализа, описывающую теплообмен при охлаждении пленки .Для Для этого необходимо выделить основные физические процессы, влияющие на данный способ охлаждения .Развитие термического пограничного слоя, холодной жидкости Добавлено вместо clearance .In кроме того, тепло может быть добавлено или удалено из пограничного слоя по всей поверхности стены .Эти эффекты также возникают в моделях .Теплоотвод был сконцентрирован вдоль линии в положении щели, и источник тепла или теплоотвод был рассеян вдоль стены .
Тепловой эффект Если непосредственная среда щели не учитывается, то пограничный слой должен быть правильно описан этой моделью .С другой стороны, с этим устройством- На гидродинамический пограничный слой также влияет поток жидкости через щель .Однако в предыдущем разделе было показано, что локальные изменения в поле потока влияют Только вторичное влияние на процесс теплопередачи .Математически выбор модели означает, что уравнение скорости пограничного слоя с определенными характеристиками будет иметь вид Это то же самое, что и твердая стена, в которой, помимо энергетического уравнения пограничного слоя, задается распределение стоков и источников тепла .
Последнее уравнение является линейным В случае постоянной газовой характеристики .Это означает, что решение уравнения энергии может быть получено путем наложения 2 решений .1 рассмотрим централизованный радиатор Отдельное решение принимается для распределенного источника или стока только в качестве граничного условия .Это последнее решение совпадает с полученным .Раньше он был на твердых поверхностях для правильного распределения тепла .Поэтому теплопередача описывается коэффициентом теплопередачи a0 на твердой поверхности .Из следующего мы находим тепловой поток от стен .* Соотношение: (10-70) где температура восстановления стенки tᵣ Он охлаждается с помощью радиатора .Эта температура tᵣ выводится из решения уравнения энергии .
Уравнение энергии рассматривает концентрированный источник тепла в качестве границы condition .As объяснено выше Этот метод был предложен автором[L .190] на симпозиуме, состоявшемся в Мичиганском университете в 1952 году .Трибус и Г . Клейн .[191] .Они получили следующее Отношение d ^ i плоской пластины с турбулентным пограничным слоем и линейным перепадом тепла на передней кромке (при условии, что основные и основные характеристики одинаковы） Кулер:= 5 .77 (пр) 2/3 (ReJ⁰2 (10-71) K рис .10-25 .Температурный профиль пограничного слоя и температура стенки пленки охлаждения .Значение температуры составляет 0, 5 (С . По Вигхардту) .Обозначения, принятые в этой формуле, ясно видны на диаграмме .10-25 .Reₐ-число Рейнольдса, основанное на скорости .
По ширине зазора s, выход из зазора .С . Вайхардт . 192] объект, геометрически похожий на модель, используемую в Tribus, с воздухом в основном потоке、 Воздух как охладитель .На рисунке показана температура теплоизоляционного слоя и температурный профиль пограничного слоя . 1 .0-25 .— Весов выразил результат следующим выражением: (10-72) доступно !И ₃ 1; Reₓ=10⁶4-10⁷, x / s> 100; Re, = = 3, 700-4-12, 000 no .It нетрудно заметить, что это соотношение очень похоже на то, которое оценивает Трибус .Введенный номер Рейнольдс зазора уравнения (10-71) определяет существование численной постоянной, изменяющейся в диапазоне от 24 до 30 .Разница между этим значением и значением, полученным с помощью Weighardt、 На переднем конце пластины Герард не поместил охлаждающий воздушный зазор, что сразу можно объяснить тем, что пограничный слой уже достиг определенной толщины* .
Вместо разрыва .Это позволяет учесть тот факт, что продувка охладителя влияет на скорость пограничного слоя .В различных лабораториях был проведен ряд экспериментальных исследований .Из различных результатов видно большое расхождение, поэтому для выяснения процесса теплопередачи при пленочном охлаждении требуется дополнительная работа .Эксперимент .Испарительное пленочное охлаждение указывает на то, что температура стенки остается ниже температуры испарения во всех точках, покрытых жидкой пленкой .Распространение этой пленки может быть рассчитано путем расчета теплового баланса, когда известна теплопередача от горячего газа к поверхности испарения .
С фактами H ^ O испарение создает массовый поток от границы раздела К основному stream .It можно сделать вывод, что эти коэффициенты теплопередачи должны быть ниже эквивалентных условий твердых тел .Поверхность .Однако Национальный комитет по аэронавтике [L .193] дает гораздо более высокое значение коэффициента теплопередачи, чем твердое тело Стена .Причиной этого факта может быть увеличение шероховатости поверхности и турбулентности .Задача 10-1 .Рассчитайте статическое и полное распределение температуры газа с помощью Канал образован 2 параллельными стенками .
Примите, что поток является постоянным и полностью развивается в ламинарном потоке, а стенки изолированы .10-2 .Do то же самое с Перед заданием, однако, пропускают через трубу кольцевого сечения .10-3 .Рассчитайте и постройте график статических и полных ламинарных температур Пограничный слой на теплоизоляционной плоской пластине для жидкостей с числами Прандтля 0, 7 и 10 .Рассчитайте температуру поверхности ракеты В термическом равновесии он получает тепло за счет конвекции из атмосферы и теряет тепло за счет излучения в космос .Ракета будет летать на 33 высотах и 16, 5 км при числе Маха 6 .
Ракетная поверхность может Возьмите плоскость и рассчитайте расчет точки на расстоянии 30 см от передней кромки .Предположим, что поверхность является черной для испускаемого излучения .10-5 .Выведите уравнение Как описано на стр . 378, подход Ранье использовался для определения коэффициента теплопередачи при испарительном охлаждении .Используя зависимости, показанные в § 8-1、 Модель течения Кетта используется для описания турбулентной части поля течения и состояния ламинарного вторичного слоя .Получить уравнения для турбулентности и границ турбулентности в трубе Слои .
Смотрите также:
| Перенос тепла в разреженных газах | Свободная конвекция |
| Перенос тепла в жидких металлах | Ламинарный перенос тепла на вертикальной пластине и горизонтальной трубе |
