Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 28
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ГОУВПО «ВГТУ») Авиационный факультет Кафедра Теоретической и Промышленной теплоэнергетики по дисциплине «Техническая термодинамика» Тема «Расчет наружного охлаждения» 2010 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 2) термодинамические параметры смеси: температура 3) геометрические размеры и форма канала: 4) материал стенки и ее толщина 5) тип охлаждающей жидкости, ее расход 6) углы 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 1. Определение удельного теплового потока
1.1 Выбор температуры газовой стенки
Для расчета наружного охлаждения канал разбивается на участки.Схема разбивки канала на 11 участков прилагается в качестве приложения к курсовой работе. Для каждого из участков выбираем температуру газовой стенки со стороны продуктов сгорания, учитывая свойства материала стенки. 1.2 Определение конвективного удельного теплового потока
1.2.1 Расчет теплоемкости и вязкости газового потока
Вычисляем теплоемкость газового потока по формуле (1.1): где Сpi
–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: Подставляем найденные значения теплоемкостей в формулу (1.1): Находим молекулярную массу смеси по формуле (1.2): где Мi
–молекулярная масса конкретного газа, кг/(кмоль); ri
– доля газа в газовом потоке. Динамическая вязкость определяется по формуле (1.3): где Мi
–молекулярная масса смеси, кг/(кмоль); ri
– доля газа в газовом потоке. Определяем динамическую вязкость газов, пользуясь данными приложения А [1],применяя метод интерполяции: 1.2.2 Нахождение значения коэффициента теплоотдачи от газа к стенке.
Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке рассчитывается по формуле: где Сp
см
– теплоемкость газового потока, кДж/(кг К); 1.2.3 Определение конвективного удельного теплового потока в стенку
Конвективный удельный тепловой поток определяется по формуле: где 1.3 Определение лучистого и суммарного удельных тепловых потоков
1.3.1 Определение степени черноты продуктов сгорания
Из составляющих продуктов сгорания числа газов практическое значение для расчета удельного лучистого теплового потока имеет только излучение Это означает, что степень черноты продуктов сгорания зависит от степени черноты паров и углекислоты: где Последний член в данном выражении означает, что излучение смеси Для нахождения где Для нахождения где Определяем отношение длины камеры сгорания к ее поперечному сечению: где Используя данные таблицы 1, найдем длину пути луча, l,м: Определяем по графику зависимости Подставляем найденные значения 1.3.2 Определение удельного лучистого теплового потока
В общем случае лучистый тепловой поток qл
, где В двигателях с медными и стальными охлаждаемыми стенками, не имеющими никаких специальных жароупорных покрытий, В этом случае лучистый тепловой поток qл.кс
, Эффективную степень черноты стенки можно найти по формуле (1.13): где Подставляем полученное значение 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 сопла: 1.3.3 Определение суммарного теплового потока
Суммарный тепловой поток qΣ
, 2. Определение подогрева охладителя
2.1 Определение температуры выхода охладителя
Рассчитываем для каждого участка площадь поверхности, омываемой газовой смесью: где dср
– средний диаметр участка, м; Δl – длина участка, м. Суммарный тепловой поток Q, Вт на каждом участке вычисляется по формуле (2.2): где k – количество участков. Ориентировочная температура выхода охладителя Tвых
, К определяется по формуле (2.3): где Q – общий тепловой поток в стенку камеры сгорания, Вт; mf
– массовый расход охладителя, кг/с; Tвх
f
– температура охладителя на входе, K. Сравним 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: Температура воды на выходе из тракта охлаждения 2.2 Определение подогрева охладителя и средней температуры охладителя на каждом участке
Подогрев охладителя Температура охлаждающей жидкости на выходе из каждого участка равна: где Средняя температура охлаждающей жидкости на каждом участке определяется по формуле (2.7): где 3. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к охладителю и температуры «жидкостной» стенки
3.1 Определение температуры «жидкостной» стенки
Перепад температур по толщине стенки ΔTwi
, К при заданной температуре газовой стенки для каждого участка рассчитывается по формуле (3.1): где λ – коэффициент теплопроводности материала стенки при температуре газовой стенки, Вт/(м К). Значения коэффициента теплопроводности найдем, пользуясь данными приложения В[1]. Температура «жидкостной стенки» Twfi
, K стенки определяется по формуле (3.2): где 3.2 Определение коэффициента теплоотдачи от жидкостной стенки к охладителю
Площадь проходного сечения Fохл
i
, м2
щели на каждом участке: где Средний диаметр охлаждающей щели dохл
i
, м вычисляется по формуле (3.4): где Коэффициент теплоотдачи от жидкостной стенки к жидкости где Определяем значение 3.3 Оценка погрешности при выборе температуры газовой стенки
Найдем уточненную температуру «жидкостной» стенки Т´, K, используя формулу (3.7): где Зная перепад температур по толщине стенки, можно определить температуру газовой стенки: где Сравнивая полученную температуру газовой стенки с выбранной в начале вычислений, определяем погрешность для каждого участка: 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. 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% - 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% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности. 4. Расчет мощности насоса
4.1 Определение скорости движения охладителя
Скорость движения охладителя wfi
, где mf
– массовый расход жидкости, кг/с; Si
– площадь сечения кольцевого зазора на рассчитываемом участке, м2
. Площадь сечения кольцевого зазора где Первый участок: Возьмём плотность из таблицы Второй участок: Возьмём плотность из таблицы: Третий участок: Возьмём плотность из таблицы: Четвертый участок: Возьмём плотность из таблицы: Пятый участок: Возьмём плотность из таблицы: Шестой участок: Возьмём плотность из таблицы: Седьмой участок: Возьмём плотность из таблицы: Восьмой участок: Возьмём плотность из таблицы: Девятый участок: Возьмём плотность из таблицы: Десятый участок: Возьмём плотность из таблицы: Одиннадцатый участок: Возьмём плотность из таблицы: 4.2 Определение гидросопротивления межрубашечного зазора
В охлаждающем тракте камеры происходит два вида потерь: Потери на трение жидкости о стенки канала. Местные потери на скреплениях внешних и внутренних оболочек двигателя, штамповках, поворотах, плавных и внезапных сужениях (расширениях) тракта двигателя. Потери на трение где Коэффициент потерь зависит от числа Рейнольдса: где Число Рейнольдса находим по формуле (4.5): где mf
– массовый расход охладителя, кг/с; Первый участок: Второй участок: Третий участок: Четвертый участок: Пятый участок: Шестой участок: Седьмой участок: Восьмой участок: Девятый участок: Десятый участок: Десятый участок: Местные потери где Суммарные потери где 4.3 Расчет мощности насоса
Мощность насоса N, Вт, необходимая для прокачки жидкости, определяют по формуле (4.8): где Заключение
В данной курсовой работе, был проведен расчет конвективного охлаждающего сопла Лаваля . В результате расчета была определена величина теплового потока по длине сопла , равная на выходе 5230845 Также из графиков зависимости тепловых потоков и температур по длине сопла, мы можем сделать вывод, что своего максимального значения они достигают в критическом сечении сопла. Список литературы
1. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине "Техническая термодинамика" для студентов специальности 140104 "Промышленная теплоэнергетика" очной форм обучения / В.Ю. Дубанин, С.В. Дахин, Н.Н. Кожухов, А.М. Наумов - Воронеж. ВГТУ: Воронеж, 2004. - 29с. 2. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е.. Техническая термодинамика: учебник / 4-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1983. - 416 с. 3. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика: учебное пособие для вузов. – М.:Машиностроение, 1972. – 672 с. 4. Сертифицированный набор программ для вычислений свойств воды и водяного пара, газов и смесей газов "WaterSteamPro"TM
6.0/ Орлов К.А., Александров А. А., Очков В. Ф. – М.: МЭИ, 2005. 5. Техническая термодинамика: учебник для вузов /Под ред.
|