Средства конвективного нагрева

1.

Лекция 7. Средства конвективного нагрева.

2. Классификация средств нагрева

Контактный
нагрев
Электрические
источники
Объемный
нагрев
СВЧ-нагреватели,
прямое
пропускание тока
Конвективный
нагрев
Аэродинамические трубы,
газодинамические стенды
на базе твердого и
жидкого топлив,
электродуговые
установки
Радиационный
нагрев
Электрические
источники
с твердым телом накала
и газоразрядные,
лазеры, солнечные
печи, солнечнолазерные системы

3.

Критерии подобия для испытаний (конвекция)
l M / l H C1 .
1) Геометрическое подобие:
2) Кинематическое подобие VM / VН C3 ; wM / wН C4 ,
3) Динамическое подобие
PM / PН C5 .
V – скорость потока; w – ускорение
ReM ReН ; Re
V l
VM l M
M
VH l H
H
,
где V – скорость потока; l – линейный размер;
v – кинематическая вязкость
4) Подобие по числу Рейнольдса
2
2
V 2 VМ
V
l
Fr
;
Н VМ VН M ,
g l g М lМ g Н lН
lН
5) Пободие по числу Фруда
6) Подобие по числу Маха
M
V
V V
; MH MM Н М ,
a
aН aМ
7) Подобие по числу Пекле
Pe
V l
,
a
где V – скорость течения газа;
a – скорость звука
где a=l/cp·r – коэффициент температуропроводности; l –
коэффициент теплопроводности; r – плотность газа; cp
– удельная теплоемкость газа при p=Const.
8) Подобие по числу Прандтля
Pr
Pe
.
Re a
9) Подобие по числу Нуссельта
Nu
l
.
1

4.

Средства воспроизведения конвективного нагрева
1) Газовые горелки
2) Электрические подогреватели газа
3) Двигательные установки
4) Электродуговые подогреватели газа
(ЭДНГ)
1
2
4
3
2

5.

Аэродинамические трубы
а) дозвуковые (0<М<0,8);
б) околозвуковые (0,8<М<1,2);
в) сверхзвуковые (1,2<M<5);
г) гиперзвуковые (M>5).
Дозвуковая незамкнутая аэродинамическая труба
Основные задачи:
1. Исследование влияния формы обтекаемого
газом объекта на аэродинамические
характеристики этого объекта в зависимости
от скорости набегающего потока и положения
тела в пространстве.
2. Исследование воздушных машин – газовых
турбин, компрессоров, винтов, ветряков,
вентиляторов.
3. Исследование характеристик двигателей.
4. Исследование динамики полета ЛА.
5. Исследование влияния аэродинамических сил на
упругие характеристики конструкций ЛА
(например, исследование флаттера крыльев
самолетов).
6. Физические исследования, связанные с течением
воздуха в различных условиях (исследование
пограничного слоя, сверхзвуковых течений,
пространственных течений).
7. Методические исследования, связанные с
созданием аэродинамических труб как физических
установок и с разработкой методов испытаний в
трубах и обработки полученных результатов.
3

6.

Аэродинамические трубы
Схема течения газа в сверхзвуковом сопле
dF F
M 2 1 ,
dV V
K
p T
p
00 00 T00
Изменение площади поперечного сечения
сопла с ростом числа Маха
где F – площадь поперечного сечения, V – скорость
K
K 1
K 1
1
M2
2
K
K 1
.
где p00, r00, T00 – параметры потока, у которого
скорость V=0 (форкамера); p, r, T - параметры потока в
рабочей части аэродинамической трубы. Для воздуха
показатель адиабаты K=1,4.
Чтобы получить в выходном сечении скорость V=a (M=1) требуется создать в
форкамере: T00=1,2T; p00=1,9p; r00=1,6r . Если же требуется смоделировать
полет с числом М=3, то необходимо: T00=4,2T; p00=155p; r00=38r.
4

7.

Ударные аэродинамические трубы и баллистические стенды
Схема ударной аэродинамической трубы
Схема аэробаллистической установки
Основные параметры аэродинамических труб ЦНИИМАШ
5

8.

Газодинамические стенды
СТ ПОЛ ; TЭКР TW 0 ; TСТ TW 0 ; ЭКР 1; ПОЛ f ( M ПОЛ , H ПОЛ , l ).
где l – расстояние до передней кромки; eЭКР – степень черноты экрана; TW0 – местная равновесная
температура теплоизолированной оболочки в полете с учетом излучения (траектория полета ЛА
выбирается так, чтобы TW0 не превышала 1300 К, в то время как TПОЛ может достигать 5000 К); TЭКР
– местная температура кожуха; TСТЕНД – местная температура потока на стенде.
4
Температура TW0 определяется из соотношения:
TН – температура воздуха на высоте полета
Температура воздуха на стенде с холодным кожухом:
Расход воздуха в стенде определяется из соотношения:
T
TE TW 0 0 W 0 0;
100
2
.
TE TH 1 0,18 M ПОЛ
2
;
TСТ TПОЛ TН 1 0,18 M ПОЛ
M g v pПОЛ
;
F
R TСТ
где М – массовый расход воздуха, кг/с; F – площадь сечения стенда, м2; p – полетное значение давления,
Па; v – скорость полета, м/c; R – газовая постоянная (для воздуха) R=8,31·103 Дж/(кмоль·К); g – ускорение
свободного падения, м/с2. Кожух считается холодным, если TW0<100 оС.
6

9.

Цель испытаний:
1) Получение данных о распределении тепловых и силовых нагрузок вдоль всей
поверхности модели с учетом изменения геометрии в процессе теплового разрушения.
2) Изучение теплового режима функционирования изделия с учетом геометрической и
тепловой неоднородности из-за установки датчиков, рулей, стабилизаторов и других
элементов.
3) Исследование степени влияния отклонений технологического процесса заводского
изготовления ТЗП покрытия на стабильность его параметров в условиях
газодинамического воздействия.
Основные параметры установок ЦНИИМАШ с электро-дуговым подогревом
7