Исследование течения с теплоотдачей в стенку в граничных условиях агрегатов подачи энергетических установок летательных аппаратов Текст научной статьи по специальности «Физика»

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов

Основным преимуществом алгоритма по сравнению с алгоритмами, основанными на эмпирических зависимостях, является относительно широкая область применения. Алгоритм расчета течения с теплоотдачей в стенку реализован в программное обеспечение, которое позволяет рассчитывать полости течения различной формы, строить двумерные семейства характеристик различных параметров потока в зависимости от геометрических и режимных параметров воздуха и охлаждающей воды.

Библиографические ссылки

1. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен : пер. с англ. В 2 т. Т. 2. М. : Мир, 1990. 392 с.: ил.

2. Данилов Ю. И., Дзюбенко Б. В., Дрейцер Г. А., Ашмантас Л. А. Теплообмен и гидродинамика в каналах сложной формы / под ред. чл.-корр. АН СССР В. М. Иевлева. М. : Машиностроение, 1986. 200 с.

3. Дрейцер Г. А., Кутырин И. Н., Балашов В. В., Макарова А. В. Экспериментальное исследование теплообмена в авиационной технике. М. : МАИ, 1988. 80 с.

4. Локай В. И., Бодунов М. Н., Щукин А. В. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1993. 288 с.: ил.

5. Поляев В. М., Майоров В. А., Васильев Л. Л. Гидродинамика и теплообмен в пористых элементах конструкции летательных аппаратов. М. : Машиностроение, 1988. 168 с.

References

1. Anderson D. Tannehill Dzh., Pletcher R. Mir, 1990., 392 p.

2. Danilov U. I., Dzubenko B. V., Dreicer G. A., Ashmantas L. A. Moscow, Mashinostroenie, 1986. 200 p.

3. Dreicer G. A., Kutirin I. N., Balashov V. V., Makarova A. V. MAI, 1988. 80 p.

4. Lokai V. I., Bodunov M. N., Shukin A. V. Moscow, Mashinostroenie, 1993. 288 p.

5. Polyaev V. M., Maiyorov V. A., Vasilyev L. L. Moscow, Mashinostroenie, 1988. 168 p.

© Зуев А. А., Блинков Е. В., 2014

УДК 669.713.7

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ С ТЕПЛООТДАЧЕЙ В СТЕНКУ В ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЯХ АГРЕГАТОВ ПОДАЧИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

А. А. Зуев, А. А. Павлыш

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: tr2ns@inbox.ru

Проведено теоретическое и экспериментальное исследование течения с теплоотдачей в стенку в полостях вращения, характерных для энергетических установок летательных аппаратов, разработана достоверная математическая модель течения с теплоотдачей в стенку в полостях вращения, обеспечивающая достоверное определение гидравлических и тепловых параметров.

Ключевые слова: энергетические установки, течение с теплоотдачей в стенку, гидравлические параметры, тепловые параметры.

RESEARCHING THE CURRENT WITH THE HEAT OUTPUT TO THE WALL IN BOUNDARY CONDITIONS OF AIRCRAFT POWER PLANT STATIONS

A. A. Zuev, A. A. Pavlysh

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: tr2ns@inbox.ru

Theoretical and experimental research of the flow with heat output to the wall cavities of rotation specific for the aircraft power plants is performed, a reliable mathematical model of heat output to the wall in rotation cavities is proposed, the model provides the reliable determination of the hydraulic and thermal parameters.

Keywords: power plant, the flow with heat output to the wall, hydraulic parameters, thermal parameters.

Основные результаты экспериментальных и теоретических исследований являются новыми и заключаются в следующем: предложен и исследован новый

профиль распределения скорости в поперечном сечении потока; получен закон трения для градиентного профиля распределения скорости; впервые получен

Решетневские чтения. 2014

закон теплообмена для степенного профиля распределения скорости; разработаны методика и алгоритм расчета параметров течения с теплоотдачей в стенку в полостях вращения.

Получено аналитическое выражение для локального коэффициента теплоотдачи в виде критерия Стантона:

для вращательного течения по закону «твердого

тела» [1] U = ю = const R

St =

m+1 Pr m+3

2 J s-m

<4 (m + 2)(m + 3)Re

m+3

ю у

для вращательного течения по закону «свободного вихря» [1] UR = C = const:

St =■

1

(

2 J s

2

^m+3

<-1(m + 1)(m + 2)Rea

и высокой теплопроводностью материала конструкции (см. рисунок).

ГС

m+1 рг m+3

Тогда локальный коэффициент теплоотдачи определяется [2] по формуле

а = pСpUSt.

Достоверность методики расчета подтверждается сходимостью теоретических и экспериментальных данных исследуемых участков, представляющих собой полости вращения характерных для энергетических установок летательных аппаратов. Расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований составляет не более 7 %.

Выявлено, что на локальный коэффициент теплоотдачи существенное влияние оказывает окружная составляющая скорости.

Существенный рост температуры воздуха (рабочего тела) над температурой на входе на начальном участке может оказывать влияние на температуру стенки элементов конструкции агрегатов и снижать прочностные и эксплуатационные характеристики, но, как правило, этого не происходит, если со стороны тепло-обменного аппарата находится теплоноситель с достаточно высоким коэффициентом теплоотдачи (вода)

Л м

Распределение по радиусу параметров температуры

воздуха Tg, воды Tl; стенки со стороны воздуха T6g,

стенки со стороны воды Ta при объемном расходе воздуха 0,035 м3/с, температуре воздуха на входе 50 °C

В общем случае целью исследования является определение скоростей в потоке, полей температур и термических напряжений в материале конструкций окружающих поток. Уровень температуры непосредственным образом влияет на запас прочности деталей энергоустановок космических аппаратов.

Библиографические ссылки

1. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М. : Наука, 1969. 744 с.

2. Романенко П. Н. Тепломассообмен и трение при градиентном течении жидкостей. М., 1971. 327 с.

References

1. Shlikhting G. Teoriya pogranichnogo sloya (Boundary-layer theory). Moscow, Nauka, 1969, 744 р.

2. Romanenko P. N. Teplomassoobmen I trenie ghb gradientnom techenii zhidkostey (Heat and mass transfer and friction of the gradient flow of a liquids). 1971. 327 p.

© Зуев А. А., Павлыш А. А., 2014

2

УДК 669.713.7

ТРЕНИЕ И ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ТЕЧЕНИИ В ПОЛОСТЯХ ВРАЩЕНИЯ

А. А. Зуев, А. А. Павлыш

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: tr2ns@inbox.ru

В результате решения интегрального соотношения уравнения энергии в граничных условиях полостей вращения энергетических установок летательных аппаратов определены локальные коэффициенты теплоотдачи для практически важных случаев.

Ключевые слова: локальные коэффициенты теплоотдачи, энергетические установки.