Процессы, происходящие в парогазовой подушке ТБ

В газовую подушку подается газ наддува через газоввод (Г). Тип Г. оказывает существенное влияния. Предположим, что Г. имеет форму прямого цилиндра, расположеного на оси бака на его верхнем днище. Осесиметричная затопленная струя газа достигает СП топлива и растекается по ней. По мере выработки топлива вверная струя уменьшает свою скорость и дальноюойность. Потом она начинает «зависать» и уже не достигает СП топлива.

Существует 2 ограничения на вваод горячего газа:

- для сниюения запаса газа на вытеснение тепловые потери в граничные поверхности должны быть уменьшены;

- массовый расход , температура Т_вх и скорость газа U₀ (y,x) должны выбираться с учетом ограничений по прогреву стенок бака и КТ.

Существует оптимальная скорость подачи газа, при которой тепловые потери будут минимальные. Это скорость U_опт = 10м/с.

В газовой подушке при вдуве горячей струи можно выделить 2 области:

1. Область полного перемешивания длиной L_в.ч.(верхняя часть) – температура газа постоянна по осевой координате.

2. Область частичного расслоения протяженностью H – L_в.ч., в которой температура снижается от T_в.ч. до температуры СП.(H – высота газовой подушки).

По радиусу температура практически не меняется.

Дальнобойность струи L_д рассчитывается из уравнения

, (5.1)

где U₀ – скорость на оси струи на выходе из Г.; d₀ – диаметр Г.; n – коэффициент осевой перегрузки.

Длина области полного перемешивания L_в.ч. определяется как

; (5.2)

; (5.3)

Изменение температуры газовой подушки как функция осевой координаты может быть рассчитана по формуле

, (5.4)

где T(x) – температура газовой подушки на расстоянии x от входного отверстия; T_ж – температура на СП; а=1,417.

Расчет теплоотдачи от газовой подушки переменного объема к граничным поверхностям при вдуве горячей центральной струи через цилиндрический насадок выполняется с помощью формулы

, (5.5)

где Nu= - критерий Нуссельта; - средний коэффициент теплоотдачи от газа к ограничивающим поверхностям; D_б – диаметр бака; l - коэффициент теплопроводности газа; - число Рейнольдса; U₀ – средняя скорость газа на выходе из насадка; n - кинематическая вязкость газа; - критерий Прандтля; F_ф = - площадь струи газа; - площадь поверхности, ограничивающая ГП; V – объем ГП; ; 1,5 10⁵≤RePr≤5,5 10⁶; ; .

Глубина прогиба СП топлива под влиянием падающей струи является функцией числа Фруда (соотношение сил динамического давления и инерционных сил) и параметра (поперечный диаметр затопленной струи).

Параметр можно рассчитать по формуле

(5.6)

где ; ;

Формула (5.6) справедлива для 0,1≤Fr≤5,2; 23≤ ≤65.

Если скорость натекания струи мала, то она на СП преобразуется в веерную. При увеличении скорости образуется прогиб и появляются радиальные волны. Потом может произойти потеря устойчивости СП и возникает разбрызгивание.

Наличие дополнительной внешней трубы с торцевой крышкой способствует дополнительному расширению струи и уменьшению ее дальнобойности в начальный период вдува, что снижает тепловые потери и увеличивает давление в баке.