ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы расчета конвективного теплообмена на основе теории подобия из "Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей Книга 2 Издание 4 " Расчетные соотношения для определения конвективного теплового потока можно получить также и на основе методов теории подобия, которые, как правило, являются основными при расчетах теплообмена между стенкой и охлаждающей жидкостью. [c.36] В теплотехнике широко распространен метод моделирования явлений теплообмена с помощью критериев подобия. Благодаря этому расчет теплообмена в данных конкретных условиях значительно упрощается, так как получаем возможность использовать для расчета экспериментальные зависимости, найденные в других условиях. Для этого достаточно только соблюдать равенство соответствующих критериев подобия. Это будет указывать, что явления теплообмена в данных условиях и условиях опыта протекают подобным образом, и мы имеем законное право переносить результаты опыта на наш случай. [c.36] Число Рейнольдса характеризует собой гидродинамическое подобие вынужденного движения жидкости, а число Прандтля, в которое входят только физические параметры жидкости, подобие физических свойств среды. [c.37] Во многих случаях реальные условия значительно отличаются от условий опытов, на основе которых получают конкретную критериальную зависимость (10.103), и тогда возникают определенные трудности ее практического применения. [c.37] Первая трудность возникает при расчете тепловых потоков в условиях интенсивного теплообмена и больших скоростях движения жидкости из-за зависимости теплофизических параметров потока от температуры. Дело в том, что в этих условиях в пограничном слое устанавливаются значительные градиенты температур поперек потока, что вызывает соответствующие изменения его теплофизических параметров. Причем, наибольшее вли яние оказывает изменение вязкости жидкости от температуры. [c.37] Влияние изменения физических параметров потока от температуры на теплообмен на практике учитывают двумя путями. [c.37] Во-первых, при выборе значений этих параметров их относят к некоторой температуре, которую называют определяющей. В качестве такой температуры может быть принята либо температура жидкости либо температура поверхности стенки ст5 либо средняя температура между жидкостью и стенкой Г- е. средняя температура в пограничном слое, либо специальным образом подобранная температурой Г . [c.37] Наконец, экспериментальные исследования теплообмена с большими тепловыми потоками показали некоторую зависимость интенсивности теплообмена от направления теплового потока. [c.38] Согласно данным Б. С. Петухова и В. В. Кириллова при нагревании жидкости в канале показатель отношения чисел Праи-дтля надо брать равным / = 0,11, а при охлаждении / = 0,25, как и предлагает М. А. Михеев. [c.38] При течении жидкости по изогнутому каналу с радиусом К из-за влияния инерционных сил возникает в поперечном сечении канала так называемая вторичная циркуляция, интенсифицирующая теплообмен. Учет этого производится поправочным коэффициентом, например, = 1 + 1,8 Л. [c.38] При течении потока в канале с шероховатыми стенками в некоторых случаях теплообмен интенсифицируется из-за тур-булизирующего влияния бугорков шероховатости. Учет влияния шероховатости производится поправочным коэффициентом 1. [c.38] Кроме указанных поправочных коэффициентов могут быть и другие, учитывающие специфические факторы, влияющие на интенсивность теплообмена в тех или иных конкретных условиях. [c.38] Н-с/м а — Дж/(м с град) и q — Дж/(м -с) или Вт/м . [c.39] В табл. 11.1 в порядке изменения приведены значения тепловых потоков, воспринимаемых различными компонентами при разности температур АГ=200° и скоростном напоре / = 0,02 0,2 и 2,0 МПа. [c.40] Однако в отличие от других жидкостей водород не боится перегрева стенки, поскольку при давлении в охлаждающем тракте / / р= 1,3 МПа водород не имеет двуфазности с резким различием теплофизических характеристик и соответственно охлаждающих свойств фаз. Поэтому при водороде температуру стенки со стороны охладителя можно иметь значительно большую, чем при других жидкостях. Тогда воспринимаемые тепловые потоки могут быть увеличены по сравнению с приведенными в табл. 11.1 в два раза и больше. [c.41] Таким образом, увеличивая температуру стенки и соответственно разности температур At=T . видим, что водород явлйется наилучшим охладителем. При рассматриваемом скоростном напоре р = 2,0 МПа скорость течения водорода будет находиться в пределах 237 м/с при жидком состоянии и до 700 м/с при газообразном в зависимости от температуры. Учитывая, что скорость звука в водороде порядка 1200—1300 м/с, убеждаемся, что скорость течения 700 м/с является дозвуковой. [c.41] Однако какими бы ни были значения воспринимаемого теплового потока охладителем охлаждающие возможности всех компонентов, включая и водород, ограничены опережающим ростом гидравлических потерь в тракте (воспринимаемый тепловой поток гидравлические потери р). Поэтому, как правило, возможностей охладителя при разумных гидропотерях не хватает, чтобы обеспечить охлаждение стенки без внутреннего охлаждения. [c.41] Следует заметить, что приведенные выше теплотехнические зависимости не отражают полностью спещ1фические условия теплообмена в ЖРД между стенкой и жидкостью. Поэтому в расчетной практике для определения и иногда используют специальные соотношения, полученные опытным путем при теплоотдаче в тот или иной охладитель с учетом температурного режима стенки. [c.41] Между всеми этими случаями имеются лишь качественные различия, вызванные большей или меньшей зависимостью теплофизических параметров р, X и ц от температуры и давления. [c.42] Поэтому вполне можно предположить, что одни и те же закономерности можно использовать для расчета теплообмена как для течения жидкости, так и для течения газов с большими сверхзвуковыми скоростями, если только правильно учесть зависимость теплофизических параметров от температуры и давления. [c.42] Вернуться к основной статье