КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН НА УТОПЛЕННОЙ ЧАСТИ СОПЛА
Эксперименты по изучению теплообмена на утопленной части выполнены на моделях с пористыми стенками (рис. 5.6). Рабочее тело — холодный очищенный сухой воздух. Значения коэффициента конвективного теплообмена определены методом обращения теплового потока. При малых профиль скорости косинусоидальный (см. подразд. 3.3). Экспериментальное распределение давления на внешней поверхности утопленной части сопла газодинамической модели РДТТ удовлетворительно совпадает с рассчитанным по уравнению Бернулли.
Распределение значений коэффициентов теплробмена по внешней поверхности утопленной части сопла не зависит от продольной координаты s, только для сопла с наибольшим значением при s= начинается рост уровня теплообмена. Подобный характер теплообмена наблюдается при обтеканиикритической точки — течение градиентное и постоянные значениякоэффициентов теплообмена, несмотряна разгон потока.
Рис. 5.6. Схема утопленной части сопла РДТТ:
1 – сеточный имитатор заряда.
Для оценки характера теплообмена на внешней поверхности утопленной части сопла экспериментальные данные для всех значений и исследованных моделей можно представить как функцию параметров шагающего на сопло потока из центрального канала заряда:
,
где ; ; - средняя скорость потока в канале заряда перед вершиной сопла.
Значения чисел Стантона для разных точек измерения во всех соплах группируются по кривым, соответствующим значениям т.e. положению свода макета заряда. Зависимости постоянных по внешней поверхности утопленной части сопла чисел Стантона от числа Рейнольдса
; ;
; ;
; .
При =0,45 конвективный теплообмен имеет характер, близкий кламинарному (St~Re ). С ростом значения происходит перестройка режима течения, и при >0,57 теплообмен принимает турбулентный характер (St~Re ), причем значение показателя степени в зависимости St=ARe m соответствует значению т, полученному в многочисленных экспериментах по теплообмену в отрывных течениях, например для случая обтекания прямоугольной каверны.
Эксперименты, выполненные при отсутствии подвода газа с поверхности имитатора заряда на утопленной части сопла при /Ro=0,57 и l=0,1 и 0,2 м, показали неизменность уровня теплообмена по сравнению с опытными при наличии вдува. Исключение составляет сечение s=0,885, близкое к вершине сопла, в котором уровень теплообмена выше на 70 %. Возможно, что при отсутствии вдува с поверхности заряда над глубоко утопленным соплом ( =11,4) сечение s=0,885 попадает в область присоединения потока к соплу.
Экспериментальные данные по теплообмену на внешней поверхности утопленной части позволяют сделать следующие качественные выводы. В начальные моменты времени работы двигателя ( /RQ=0,091...0,146) теплообмен имеет ламинарный характер, практически постоянен по длине внешней поверхности, и его уровень существенно превышает уровень теплообмена, рассчитанного по теории ламинарного пограничного слоя вследствие влияния турбулентности ядра потока.
При Re **>3•103 (Re 6,7*105) в области вершины сопла реализуется турбулентный режим в пограничном слое, и рассчитанные значения чисел Стантона по интегральным теориям для градиентного течения на пластине хорошо подтверждаются экспериментальными данными. В процессе выгорания заряда происходит перестройка режима обтекания утопленной части сопла, течение и теплообмен могут стать аналогичными отрывному течению и теплообмену в кавернах. При значениях показатель степени в эмпирическом соотношении St= совпадает с значением т=0,25, полученным в экспериментах по теплообмену в отрывных течениях на стенках каверн. Несмотря на нестационарность режима обтекания утопленной части сопла уровень теплообмена несущественно (в пределах 25 %) изменяется с ростом диаметра канала заряда.
Для вершины утопленной части сопла РДТТ и вниз по потоку от нее характерен турбулентный режим в пограничном слое. Результаты экспериментов по распределению давления и теплообмену на входной части утопленного сопла газодинамической модели РДТТ приведены на рис. 5.7. Вершина сопла (точка А) имеет координату х=1,7, а в минимальном сечении х=0. Полученные в экспериментах значения коэффициентов конвективного теплообмена сопоставлены с вычисленными по зависимости (5.1) по значениям скорости Ue, рассчитанными с помощью двухмерной модели течения_газа. В окрестности вершины сопла и вниз по потоку от нее до сечениях х=1,0 существует удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных величин.
Рис. 5.7, Теплообмен на входной части утопленного сопла РДТТ:
1 — расчет по модели одномерного течения идеального газа; 2 — расчет по модели двухмерного течения; 3 - расчеты по зависимости (5.1); о - экспериментальные данные
Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 2101;