Интенсификация теплообмена при течении реактивных топлив сверхкритического давления в каналах силовых установок летательных аппаратов Подпорин, Игорь Валентинович

Введение к работе

Актуальность проблемы. Исследования в нвшей стране и за рубежом показали, что реактивные топлива могут успешно конкурировать с водородом при больших скоростях полета ( Мл = 6 * 12), используемые в качества тогошв и хладоэгентов на борту ЛА.

Для обеспечения требуемого расхода-реактивные топлива в магистралях ЛА находятся при высоких давлениях, чаще всего, превышающих критическое. Для эффективной реализации охлаждения систем ЛА ревктивньм топливом требуется знание закономерностей теплоотдачи к топливу. Сверхкритическая область характеризуется резким и немонотонным изменением физических свойств, что, в свою очередь, приводит к возникновению аномальных режимов теплоотдачи. Механизмы теплообмена при сверхкритических давлениях (СКД) изучены недостаточно, существуют различные оценки относительно причин возникновения "ухудшенных" режимов теплоотдачи. Кроме того, практический интерес представляет процесс коксоотлохений в каналах, образующихся при нагреве углеводородных реактивных топлив, интенсивность которого в жидкой фазе гораздо выше, чем в перовой.

В ряде случаев, важно снизить температурный напор и температуру стенок, уменьшить массу и габариты теплообиенного устройства. Б случае использования реактивных топлив СКД может понадобиться более эффективная теплоотдача для предотвращения перегрева или разрушений систем в случае возникновения режимов "ухудшенной" теп-лоотдвчи. Все эти случаи требуют интенсификации теплообмене. В литературе практически нет данных по интенсификации при течении жидкостей СКД, поэтому, исследования в этой области представляются актуальными.

Цель работы: 3. Получить расчётные зависимости и рекомендации по теплообмену и его интенсификации при течении реактивных топлив СКД при 1j < Т_да.

1. Выбрать эффективный метод интенсификации теплообмена и провести экспериментальные исследования.

2. Оценить влияние иоксоотложенлй на теплообмен в гладких каналах и кенвлах с интенсификаторами. Исследовать влияние интенсификации теплообмена на процесс новообразования.

3. Дать практические рекомендации по использованию реактивных топлив СКД в качестве охладителей систем охлаждения ЛА.

Научная новизна: Впервые исследовался процесс теплоотдачи и его интенсификации при течении реактивных топлив СКД в широком диапазоне режимных параметров.

2. Предложены критериальные зависимости по теплоотдаче і широкой диапазоне режимных параметров. : 3. Подучено увеличение теплоотдачи в 4 и более раз при использовании труб с накаткой, что недостижимо для теплоносителей с постоянными физическими свойствами.

4. Найдены оптимальные реюшньга параметры при использовании каналов с турбулизатораыи.

5. Установлено неоднозначное влияние интенсификации теплообмена (при помощи накатки) на процесс коксообразования в каналах.

6. Оценено влияние коксоотлокений на теплообмен кэк е гладких, так и в каналах с турбулизаторвми.

7. Впервые получены коэффициенты теплопроводности коксоотлокений для реактивных топлив РТ, 1 - 6 и Н - октана в широком диапазоне режимных параметров.

Практическая ценность работы состоит в том, что впервые изучалась теплоотдача и ее интенсификация при течении реактивных топлив СКД. Полученные зависимости для теплообмена позволяют рассчитать коэффициенты теплоотдачи в широком диапазоне рекимных параметров. Определены режимные параметры для наиболее эффективного использования труб с наквткой. Определены коэффициенты теплопроводности отложений. Найдены области режимных параметров, где использование труб с накаткой не приводит к существенному перегреву стенок из-за влияния коксоотлокений.'

Реализация результатов. Результаты работы используются для проектирования теплообыекных устройств и расчёта реальных тепловых процессов, что подтверждено, актом о практическом использовании.

Автор защищает:

1. Результаты экспериментальных исследований теплоотдачи при течении реактивных топлив СКД при Т/ < Ч__ ,

2. Результаты экспериментальных исследований интенсификации теплообмена е помощью плавно очерченных выступов.

3. Результаты экспериментальных исследований влияния коксо-отложений на теплообмен в гладких и накатанных каналах, э также влияние интенсификаторов" на процесс коксообразования.

4. Обобщенные зависимости по теплоотдаче в гладких каналах

и каналах с накаткой, по теплофизическим характеристикам коксоот-ложений и их влиянию на теплообмен.

5. Рекомендации по выбору и использованию реактивных топлив СКД в качестве охладителей элементов ЛА.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Ш Всесоюзном школе-семинаре "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики", г. Алушта, 3989 г.; XIX Научно-технической конференции молодых учёных, ИТЇФ АН УССР, г. Киев, 3990 г.; УП Научно-практической конференции "Опыт эксплуатации и пути совершенствования теплообменного оборудования", г.Севастополь, 1991 г.; Научно-технических семинзрех по современным проблемам термодинамики и теплопередачи в МАИ, 1991-1992 гг.; П Минском международном форуме по тепло- и мэссообмену, г.Минск,

1992. г.; Российско-китайской конференции "Двигатели и энергетические установки ЛА", г. Москва, 1992 г.; I Международной конференции по космическим теплообыенным технологиям, США, Пал-Алто,3993г.; Конференции ЦРДЗ "Изготовление теплообменной аппаратуры", г.Москва,

1993. г.; УЗ Международном симпозиуме по процессам переноса в тепловом оборудовании, Корея, Сеул, 1993 г.

Публикации. Но материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5-й глав, выводов, списка литературы.

Диссертация содержит 133 страницы, основного текста - 90, рисунков - 48, таблиц - I. Список литературы включает 133 наименований.