(2.3)
где Q – общий тепловой поток в стенку камеры сгорания, Вт;
mf – массовый расход охладителя, кг/с;
- теплоемкость охладителя (воды) вне зависимости от изменения ее температуры;
Tвхf – температура охладителя на входе, K.
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:
,
МПа.
Температура воды на выходе из тракта охлаждения K ниже температуры кипения K при МПа., значит при заданных параметрах (расход, давление) ее можно использовать для охлаждения газового потока.
2.2 Определение подогрева охладителя и средней температуры охладителя на каждом участке
Подогрев охладителя вычисляется по формуле:
(2.5)
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
Температура охлаждающей жидкости на выходе из каждого участка равна:
, (2.6)
где - температура охладителя на входе в рассчитываемый участок;
- перегрев на участке, К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
К.
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.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.`
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):
(3.1)
где - толщина стенки, м;
λ – коэффициент теплопроводности материала стенки при температуре газовой стенки, Вт/(м К). Значения коэффициента теплопроводности найдем, пользуясь данными приложения В[1].
- суммарный тепловой поток на участке, Вт/м2.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Вт/(м К).
K.
Температура «жидкостной стенки» Twfi, K стенки определяется по формуле (3.2):
(3.2)
где - температура газовой стенки, К.
- перепад температур по толщине стенки, К.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
K.
3.2 Определение коэффициента теплоотдачи от жидкостной стенки к охладителю
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;
- толщина стенки сопла, м;
- высота тракта охлаждения, м.
Коэффициент теплоотдачи от жидкостной стенки к жидкости вычисляем по формуле (3.5):
, (3.5)
где - массовый расход жидкости, кг/с;
- проходное сечение щели на рассматриваемом участке, м2;
- эквивалентный диаметр канала охлаждающего тракта, м;
- комплекс теплофизических свойств для жидкости при средней температуре жидкости на участке, .
Определяем значение , пользуясь графиком зависимости комплекса от температуры для воды [1].Эквивалентный диаметр канала:
(3.6)
м.
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
м; .
м.
м2.
Вт/(м2 К).
3.3 Оценка погрешности при выборе температуры газовой стенки
Найдем уточненную температуру «жидкостной» стенки Т´, K, используя формулу (3.7):
(3.7)
где - средняя температура жидкости на рассчитываемом участке;
- суммарный тепловой поток на рассчитываемом участке, Вт/м2;
- коэффициент теплоотдачи от «жидкостной» стенки к жидкости, Вт/(м2 К).
Зная перепад температур по толщине стенки, можно определить температуру газовой стенки:
, (3.8)
где - уточненная температура «жидкостной стенки» стенки из формулы (3.7), К;
- перепад температур по толщине стенки, К.
Сравнивая полученную температуру газовой стенки с выбранной в начале вычислений, определяем погрешность для каждого участка:
. (3.9)
К.
К.
Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
Погрешность не превышает 5% - это означает, что температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
Погрешность не превышает 5% - температура газовой стенки определена с достаточной степенью точности.
К.
К.
.
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, определяется из уравнения расхода (4.1):
(4.1)
где mf – массовый расход жидкости, кг/с;
- плотность охладителя при средней температуре жидкости на участке, кг/м3. Определяем значение , пользуясь данными приложения Б [1].
Si – площадь сечения кольцевого зазора на рассчитываемом участке, м2.
Площадь сечения кольцевого зазора рассчитывается по формуле (4.2):
(4.2)
где - средний диаметр поперечного сечения канала на каждом участке, м;
- толщина стенки сопла, м;
м – высота щели, м.
Первый участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы
кг/м3.
м/с.
Второй участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
Третий участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
Четвертый участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
Пятый участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
Шестой участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
Седьмой участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
Восьмой участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
Девятый участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
Десятый участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
Одиннадцатый участок: K; м.
м2.
Возьмём плотность из таблицы:
кг/м3.
м/с.
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 Н/м2 определяются формулой Дарси-Вейсбаха (4.3):
(4.3)
где - коэффициент потерь;
- длина участка;
м – эквивалентный диаметр канала;
- плотность охлаждающей жидкости на рассчитываемом участке, кг/м3. Определяем плотность охлаждающей жидкости, пользуясь данными приложения Б [1].
- скорость жидкости на участке, м/с.
Коэффициент потерь зависит от числа Рейнольдса:
, (4.4)
где , так как канал кольцевой.
Число Рейнольдса находим по формуле (4.5):
, (4.5)
где mf – массовый расход охладителя, кг/с;
- средний диаметр охлаждающей щели на рассчитываемом участке, м;
- динамическая вязкость воды для рассчитываемого участка, (). Находим значения динамической вязкости воды, пользуясь данными приложения WaterSteamPro при температуре насыщения
Первый участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Второй участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Третий участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Четвертый участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Пятый участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Шестой участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Седьмой участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Восьмой участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Девятый участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Десятый участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Десятый участок: кг/м3; м; м/с.
();
;
;
Па.
Местные потери , Н/м2 определяются формулой (4.6):
(4.6)
где - коэффициент местных потерь;
- скорость движения жидкости на участке, м/с;
- плотность жидкости, кг/м3.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
м/с; кг/м3.
Па.
Суммарные потери , Н/м2 вычисляются по формуле (4.7):
(4.7)
где - потери на трение на i –том участке, Па;
- потери на местные сопротивления на i –том участке, Па.
4.3 Расчет мощности насоса
Мощность насоса N, Вт, необходимая для прокачки жидкости, определяют по формуле (4.8):
(4.8)
где - суммарные потери на гидросопротивление межрубашечного зазора, Па; mf – расход охлаждающей жидкости, кг/с;
кг/м3 – среднее значение плотности жидкости между входом в канал и выходом;
- коэффициент полезного действия.
Вт.
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 , в критическом сечении 525161 и на входе 2829790 . А также температурное поле стенки со стороны продукта сгорания для критического сечения составило 1120 К, для выхода 429 К , а на входе 705 К. Скорость движения охлаждающей жидкости составила в критическом сечении 45,635 м/с ,а на входе 18,693 м/с и на выходе 10,279 м/с Гидравлическое сопротивление межрубашечного зазора равно Па. Мощность насоса для прокачивания охлаждающей жидкости составило 50508,201Вт.
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.
В.И. Крутова - 2-е изд., перераб. и доп – М.: Высш. школа, 1981. - 439 с., ил.
Страницы: 1, 2
