Общие принципы определения тепловых потерь
Теплообмен газа со стенками определяется особенностями течения в пограничном слое. Поэтому наиболее полную картину процессов теплообмена, можно получить на базе численного решения многомерных уравнений газодинамики в сочетании с моделями турбулентности (например, моделью к-г) для расчетной области, включающей весь объем каналов от ГГ до цилиндров.
В результате решения определяются параметры газа по всему сечению канала, в том числе и в пограничных слоях. По значениям градиента температуры на стенке определяются тепловые потоки. Однако такой расчет является весьма ресурсоемким и требует использования высокопроизводительных компьютеров, либо длительность одного расчета будет составлять несколько суток.Более продуктивным является решение упрощенных типовых задач, например расчет стационарного осесимметричного течения в трубе при равномерном распределении параметров на входе. Это позволяет учитывать изменение состава газа и его теплофизических характеристик по сечению трубы. Такие подходы наряду с экспериментальными исследованиями используются при разработке инженерных методов расчета тепловых потерь, которые, как
50
правило, основаны на критериальных зависимостях, связывающих числа Нуссельта (Nu) и Рейнольдса (Re) [4, 5]:
По мере нагрева стенок их температура растет, что приводит к уменьшению теплового потока. Для достаточно длинных труб температура газа Т по длине трубы снижается настолько, что использование средней величины Т может привести к погрешностям при определении тепловых потерь.
Коэффициент динамической вязкости смеси газов можно определять по приближенной формуле Мана [1]:
а теплопроводность смеси газов - по зависимости [1]
( \
проводности продуктов сгорания и воздуха в диапазоне предполагаемых значений температур стенок приведены выше в табл. 1.
Для определения температуры стенки необходимо решить уравнение нестационарной теплопроводности, поскольку для элементов катапульты вследствие малого времени работы распределение температуры по толщине стенок существенно отличается от стационарного. При этом из-за значительной толщины стенок их наружные температуры при работе ГГ практически не повышаются, что во многих случаях позволяет считать их теплоизолированными (если не требуется определить время остывания). Практика показала возможность использования одномерного приближения для расчета теплопроводности, так как градиенты температуры в осевом и тангенциальном направлениях в элементах катапульты малы. Тогда уравнение нестационарной теплопроводности принимает вид
Далее рассмотрим особенности учета теплопотерь для разных узлов катапульты.
2.6.2.