![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
При великих числах М гальмування газу в примежовому шарі за рахунок в’язкості приводить до переходу кінетичної енергії в теплову відповідно до рівняння енергії для адіабатичного процесу:
,
де – питома теплоємність при постійному тиску.
З аналізу зміни швидкості в примежовому шарі можна встановити, що температура в примежовому шарі буде зростати при наближенні до поверхні тіла, утворюючи шар газу з більш високою, ніж у нев’язкому потоці, температурою. Тому розглядають не тільки швидкісний (в’язкий) примежовий шар, але й тепловий примежовий шар, в якому температура швидко змінюється від її значення на межі тіла до значення в зовнішньому потоці. Практично вже на невеликій відстані від стінки температура газу не змінюється; цю відстань можна умовно прийняти за товщину теплового шару – .
Розподіл температури в тепловому примежовому шарі залежить від тепла гальмування і тепла, відведеного завдяки теплопередачі.
Процес розповсюдження тепла в просторі здійснюється трьома способами: теплопровідністю, конвекцією та тепловим випромінюванням.
Співвідношення між теплом, що виділилося внаслідок тертя, і теплом, відведеним від елемента теплопровідністю, характеризується числом Прандтля
,
де l – коефіцієнт теплопровідності .
При , що має місце для всіх газів, відведення тепла здійснюється більш інтенсивно, ніж його виділення. У цьому разі
. При
виділення тепла за рахунок тертя відбувається більш інтенсивно, ніж його відведення.
Температуру повітря біля поверхні у разі адіабатної стінки можливо визначити за формулою:
де r – коефіцієнт установлення.
Для ЛПШ і для повітря
і
, що добре підтверджується дослідом; для ТПШ [35]
. У цілому для надзвукового турбулентного шару r = 0,9...0,98.
Коли стінка теплопровідна або йде процес випромінювання від неї, . Якісний характер зміни температури в примежовому шарі показано на рис. 5.14.
Рис. 5.14. Профіль швидкості, етальпій і температури у тепловому примежовому шарі
Для кількісної оцінки загального теплообміну на поверхні тіла використовують співвідношення Ньютона:
, (5.36)
де a – коефіцієнт теплопередачі .
У загальному випадку, коли залежить від температури,
, (5.37)
де – відповідні значення ентальпій.
Цей тепловий потік підходить до стінки завдяки теплопроводності.
За законом Фур’є
, (5.38)
де lст – коефіцієнт теплопроводності, який характеризує здатність примежового шару проводити тепло біля стінки.
Беручи до уваги, що при має місце подібність профілів швидкостей і ентальпій, в примежовому шарі біля стінки
тоді напругу тертя можна визначити таким чином [35]:
Похідну візьмемо з (5.38) і за умови, що
і
, будемо мати
,
(5.39)
де – число Нуссельда.
Якщо , тоді
. (5.40)
Формула (5.40) дає зв’язок між тертям і теплопередачею та дає можливість визначити .
Коефіцієнт напруги тертя Cf визначається за формулами (5.30) і (5.31), в яких коефіцієнти динамічної в’язкості, густина визначаються таким чином:
де – визначальна температура.
Ефект стисливості і нагріву змінює коефіцієнт тертя. На рис.5.14 представлені залежності відношення коефіцієнтів тертя з урахуванням і без урахування стисливості у функції числа М.
Зі зростанням числаМ коефіцієнт тертя зменшується. При турбулентному примежовому шарі зі зростанням числа М коефіцієнт тертя зменшується більш інтенсивно, ніж при ламінарному примежовому шарі (рис. 5.15).
Рис. 5.15. Вплив числа М на безрозмірний коефіцієнт тертя
Для ЛПШ
Для ТПШ
Температура стінки визначається з рівняння
, (5.41)
де – питомий тепловий потік, направлений у простір від стінки за рахунок випромінювання;
– постійна Стефана-Больцмана (коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла); e – ступінь чорноти стінки.
Температура стінки Т ст, що визначена рівнянням (5.41), називається рівновагомою радіаційною температурою.
Зазвичай рівняння (5.41) розв’язують графічним засобом. Для цього задають значення температури стінки і проводять розрахунок конвективних теплових потоків q к. Результати розрахунків наносять на графік . Потім для заданих значень Т ст обчислюють радіаційний тепловий потік
, котрий також наносять на графік. Перетин кривих
і
визначає величину Т ст (рис. 5.16).
Рис. 5.16. Характер розподілу конвективного теплового потоку і потоку випромінювання від температури стінки
З рівняння (5.41) виходить, що Т ст може бути зменшена за рахунок зменшення конвективного теплового потоку і збільшення випромінювальної здатності поверхні обшивки літака.
Для зменшення q к необхідно зменшувати швидкість польоту, збільшувати висоту польоту, зменшувати коефіцієнт тертя за рахунок ламінаризації примежового шару.
Для збільшення випромінювання обшивки використовують термоізоляцію, штучне охолодження поверхні: пористе охолодження, сублімацію різних обмазок, що наносяться на поверхню тіла. Теплоізоляція здійснюється за рахунок нанесення на обшивку літака матеріалів з низькою теплопровідністю або за рахунок матеріалів з великою теплоємкістю.
Дата публикования: 2015-01-23; Прочитано: 330 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!