СРАВНИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛООТДАЧИ В ПОЛОСТЯХ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ Текст научной статьи по специальности «Физика»

Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»

УДК 532.526.7

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛООТДАЧИ В ПОЛОСТЯХ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

В. О. Фальков, Е. В. Шлоссер., А. А. Зуев

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: falkov24061987@mail.ru

Проведено теоретическое и экспериментальное исследование теплоотдачи к стенке при течении в полостях вращения характерных для энергетических установок летательных аппаратов.

Ключевые слова: полость турбонасосного агрегата, теплоотдача, пограничный слой.

COMPARATIVE RESULTS OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF HEAT TREATMENT IN THE BLOWERS OF TURBOCHARGING UNITS

V. O. Falkov, E. V. Shlosser, A. A. Zuev

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: falkov24061987@mail.ru

Theoretical and experimental investigation of heat transfer to the wall is carried out during the flow of aircraft characteristic for power plants in the rotation cavities.

Keywords: cavity of turbo-pump aggregate, heat transfer, boundary layer.

Предложена и обоснована модель распределения динамического и температурного пограничных слоев на поверхности теплообмена элементов конструкции ТНА [1]. Разработана математическая модель течения с теплоотдачей к стенке в полостях вращения, на основе интеграции теоретических и экспериментальных результатов исследования, обеспечивающая достоверное определение гидравлических и тепловых параметров. Основные результаты экспериментальных и теоретических исследований являются новыми и заключаются в следующем: предложен и исследован профиль распределения скорости в поперечном сечении потока; получен закон трения для градиентного профиля распределения скорости; впервые получен закон теплообмена для степенного профиля распределения скорости; разработана методика и алгоритм расчета параметров течения с теплоотдачей к стенке в полостях вращения [2].

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

- для вращательного течения по закону «свободного вихря» UR = C = const:

f f 2 J ю

St =

1

m+1

Pr m+3

2

M m+3

m

2r - m +—j- -

mr - 2

am "V (m + 1)(m + 2)ReK

U

- для вращательного течения по закону «твердого тела» — = ю = const:

R

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1

( Г 2 _I г

Бг =

1

ш+1

Рг ш+3

2 ш+3

т

2г - т +—р + тг - 2

атл "V (ш + 2)(ш + 3)Яеи

Тогда локальный коэффициент теплоотдачи определяется: а = рСриБг.

Сходимость теоретических и экспериментальных данных в исследуемых участках подтверждает достоверность методики расчета.

Расхождение теоретических и экспериментальных результатов исследований течения с теплоотдачей составляет от 3 до 8 %.

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

Значительный рост температуры воздуха (рабочего тела) над температурой на входе, на начальном участке может влиять на температуру стенки элементов конструкции агрегатов и снижать эксплуатационные и прочностные характеристики [3]. Как правило, этого не случается, если со стороны теплообменного аппарата находится теплоноситель с достаточно высоким коэффициентом теплоотдачи (вода) и высокой теплопроводностью материала конструкции (см. рисунок).

ГС

1.0

Тд

Тбд

Т81

□.СЕ

а.си

0.06

Ц1

Я М

Распределение по радиусу параметров температуры воздуха Т^ воды Т, стенки со стороны воздуха Тбг, стенки со стороны воды Тб при объемном расходе воздуха 0,035 м3/с, температуре воздуха на входе 50 °С.

В общем случае целью исследования является определение скоростей в потоке, полей температур и термических напряжений в материале конструкций, окружающих поток [4]. Уровень температуры непосредственным образом влияет на запас прочности деталей энергоустановок космических аппаратов.

Библиографические ссылки

1. Зуев А. А. Локальная теплоотдача в граничных условиях турбомашин // Изв. высш. учеб. заведений. Машиностроение. 2015. № 1 (658). С. 3-10.

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

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

4. Зуев А. А. Модель распределения температурного и динамического пограничных слоев при Рг < 1 // Решетневские чтения. 2015. Т. 1. № 19. С. 157-159.

© Фальков В. О., Шлоссер Е. В., Зуев А. А., 2018