Теоретические сведения. Определение условий конвективного теплообмена направляющих пакета БМ с окружающей средой

Определение условий конвективного теплообмена направляющих пакета БМ с окружающей средой

При анализе конвективного теплообмена направляющих пакета с окружающей средой пакет должен рассматриваться как упорядоченная укладка или пучок круглых труб, теплообмен которого с окружающим воздухом может осуществляться вынужденной конвекцией, свободной конвекцией или при совместном действии свободной и вынужденной конвекции.

Для варианта поперечного обтекания воздушным потоком направляющих при вынужденной конвекции режим обтекания труб первого ряда (к которым можно отнести направляющие 1 и 3, подверженных наибольшему нагреву) независимо от расположения труб в пучке практически не отличается от режима обтекания одиночной трубы, что позволяет для расчета среднего по окружности коэффициента теплоотдачи использовать известные соотношения:

при ;

при ; (1)

при ;

где - поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение

коэффициента теплоотдачи при обтекании потоком направляющих под

углом y к их оси;

Re – критерий Рейнольдса, ;

V – скорость ветра;

l – определяющий размер;

- коэффициент кинематической вязкости воздуха;

Pr – критерий Прандтля, Pr для воздуха принять равным 0,7.

Nu – критерий Нуссельта, ;

- коэффициент конвективной теплоотдачи;

- коэффициент теплопроводности воздуха;

l - определяющий размер.

В последующих рядах направляющих коэффициент конвективной теплоотдачи увеличивается на 30-40 %, соответственно возрастает величина теплового потока, отводимого от направляющих в окружающую среду. Поэтому для определения максимальных температур зарядов целесообразно использовать приведенные зависимости для труб первого ряда.

При осесимметричном обтекании направляющих допустимо

использование зависимостей:

при ; (2)

при ;

В качестве определяющего размера для варианта поперечного обтекания воздушным потоком направляющих используют наружный диаметр направляющей, для варианта продольного обтекания – координату поперечного сечения х, в котором определяется коэффициент конвективного теплообмена. Координата х отсчитывается от начала образования пограничного слоя (сечения, в котором установлена опорная диафрагма пакета), теплофизические характеристики определяются при температуре окружающей среды.

Согласно ГОСТ 24482-80 в районах сухого тропического климата (представительный пункт с экстремальными условиями – г.Ассуан, Египет) принималась следующая зависимость температуры воздуха в течении суток: ночная температура от 0 до 6 часов местного времени - 32°С, линейный рост температуры от 16 до 12 часов до 45°С, постоянная температура от 12 до 16 часов, линейный спад температуры к 24 часам до 32°С.

Зависимость плотности суммарного солнечного излучения от времени представлена на рисунке 1.

Определение плотности потока солнечного излучения на направляющие боевых машин РСЗО

В общем случае на направляющую воздействуют следующие тепловые потоки излучения:

- прямое и отраженное прямое от земной поверхности и элементов пусковых устройств солнечное излучение;

- рассеянное и отраженное рассеянное солнечное излучение;

- рассеянное и отраженное излучение атмосферы;

- собственное излучение направляющей в окружающую среду;

- излучение земной поверхности;

- между направляющей и соседними направляющими, элементами боевых машин.

Анализ величин составляющих суммарного потока излучения показывает, что преобладающее значение имеет прямое, рассеянное и отраженное от земной поверхности солнечное излучение.

Наибольшее влияние на тепловой режим элементов реактивных снарядов солнечное излучение оказывает в районах с сухим тропическим климатом, характеризующихся максимальной интенсивностью солнечного излучения. Поэтому целесообразно проводить рассмотрение задачи по определению потоков солнечного излучения для условий данных регионов.

Для представительного пункта с экстремальным уровнем солнечного излучения (г. Каир, Египет) максимально возможная средняя за сутки энергетическая экспозиция суммарного солнечного излучения при условии безоблачного неба составляет 33,3 МДж/м² (июнь).

Изменение плотности потока суммарного солнечного излучения (q₀) в течение суток для данных климатических условий представлено на рисунке1.

Высота Солнца, характеризуемая углом h ( º) между плоскостью горизонта и направлением на Солнце, находится по зависимости:

, (3)

где d – солнечное склонение;

j – широта представительного пункта;

W = w×t – часовой угол;

w – угловая скорость вращения Земли;

t – время, отсчитываемое от истинного полудня (13 часов местного времени).

Координаты Солнца относятся к центру диска.

Максимальное значение d (для 22 июня) составляет 23°27¢.

Плотность потока рассеянного солнечного излучения находится по зависимости:

q _рас. = 135×(sin h)^0.5. (4)

Плотность потока прямого солнечного излучения определяется по зависимости:

q _пр. = q₀ – q _рас.. (5)

Плотность потока прямого солнечного излучения, нормального к оси направляющей (q_пр.нор.), рассчитывается по соотношению:

q_пр.нор. = q_пр.(cos²h × sin²(b – W) + (cos² h × cos²(b – W) + sin²h)× sin²(F – e))^0.5, (6)

где b – угол азимута, отсчитываемый от полуденной линии (направление на

юг) в направлении с востока на запад;

F = arctg(tg h/cos(b – W));

e – угол возвышения.

Исходя из условия расчета максимальных тепловых потоков, принимается:

b = 0.

Плотность потока прямого солнечного излучения, поглощенного элементарной площадкой направляющей, составляет:

q _пр.пог. = A_s×cos j_c×q_пр.нор., (7)

где A_s – коэффициент поглощения солнечного излучения покрытием

направляющей;

j_c – угол между нормалью к площадке, характеризуемой углом y () (рис.2) и вектором q_пр.нор. в плоскости, перпендикулярной оси направляющей.

При определении q _пр.пог. необходимо учитывать, что некоторые площадки попадают в тень при суточном движении Солнца и экранировании площадок расчетной направляющей соседней направляющей (рис.3).

Площадка, обращенная к небесной сфере, наклоненная под углом y между нормалью к площадке и плоскостью горизонта, освещена Солнцем при условии

| h – y | < 90° при τ≤13 час.

| 180° – h – y | < 90° при τ>13 час.

Площадки, обращенные к земной поверхности, освещены Солнцем при условии

h + y < 90° при τ≤13 час.

y – h > 90° при τ>13 час.

Площадка, обращенная к небесной сфере, находится в тени за счет экранирования соседней направляющей при значениях h, определяемых соотношением

,

а площадка, обращенная к земной поверхности, – при h, определяемых соотношением

или, приближенно, ,

где L – расстояние между направляющими;

R – радиус направляющей.

Плотность потока прямого солнечного излучения, поглощенного элементарной площадкой направляющей, отраженного от земной поверхности составляет:

q _{пр.отр.пог.} = A_s×a×j_з×q_пр.нор., (8)

где a – альбедо Земли для светлых сухих песков, a = 0.35;

j_з – коэффициент облученности площадки потоком q _{пр.отр.пог.};

j_з = 0,5×(1+ siny) – для элементарной площадки, обращенной к земле;

j_з = 0,5×(1– siny) – для элементарной площадки, обращенной к небесной сфере;

Плотность потока рассеянного солнечного излучения, поглощенного элементарной площадкой направляющей, составляет:

q _{рас.пог.} = A_s×j_а×q_рас., (9)

где j_а – коэффициент облученности площадки потоком q _{рас.пог.};

j_а = 0,5×(1+ siny) – для элементарной площадки, обращенной к небесной сфере;

j_а = 0,5×(1– siny) – для элементарной площадки, обращенной к земле.

Плотность потока рассеянного солнечного излучения, поглощенного элементарной площадкой направляющей, отраженного от земли, составляет:

q _{рас.отр.пог.} = A_s×j_з×a×q_рас.. (10)

Плотность потока суммарного солнечного излучения, поглощенного элементарной площадкой направляющей, составляет:

q_{S =} q _{пр.пог. +}q _{пр.отр.пог. +}q _{рас.пог. +}q _{рас.отр.пог.} (11)