Файл: Зысина-Моложен, Л. М. Теплообмен в турбомашинах.pdf

(здесь 2а — диаметр диска) и от отношения ширины зазора к диа­ метру диска 8/д. На рис. 52 приведены экспериментальные дан­

ные Крейца по изменению отношения среднего числа Nu для диска

из источника они удовлетворяли условиям течения у свобод­ ного диска.

Формула для расчета среднего коэффициента теплоотдачи была

168

Для дисков большего размера экспериментально была обнару­ жена [97 ] нечувствительность к изменению числа Рейнольдса вращательного движения Ra и получена эмпирическая формула

Для этих же условий результаты расчета по формуле Капиноса (для малых дисков) аппроксимируются формулой

Как видно, эти формулы дают существенно различные значения и нуждаются, по-видимому, в дальнейшей экспериментальной апробации. Вследствие сложности характера течения жидкости в междисковом зазоре и невыявленности физической модели и влияния на теплообмен всех факторов, важных для этого про­ цесса, следует особо подчеркнуть возможность использования формул, полученных различными исследователями, только в том диапазоне изменения параметров, которые были в экспериментах, и только для исследованных конкретных конструктивных моди­ фикаций.

Задача о теплообмене для случая двух вращающихся дисков решена в работе Капиноса в приближенной постановке. В настоя­ щее время не имеется опытных данных, которые могли бы быть использованы для апробации полученных расчетных формул.

Значительный интерес представляют задачи определения коэф­ фициентов теплоотдачи от диска к охлаждающему воздуху при струйном обдуве, так как в ряде конструкций газовых турбин применяется именно эта система охлаждения дисков. Теорети­ ческих решений для этой задачи при турбулентном обтекании до настоящего времени не имеется, эмпирические соотношения были получены для частных случаев обдува диска малым [99] и боль­ шим [50] числом дискретных струй и кольцевой струей [101]. Для случая обдува диска малым числом струй (z = 2ч-8) имеется два типа формул. Для зоны, расположенной на радиусе обдува,

N u , = ЛН!'8 [l + » ( - ^ ) 0'’] ■

159

Здесь

сопел; Nu = ad/X\ Rc = c0d/\.

Эта же формула справедлива для зоны, расположенной выше радиуса обдува.

Для зоны, расположенной ниже радиуса обдува,

Nu = Nuj exp [—0,1836 (у — 0,5)].

Обе эти формулы справедливы в исследованном диапазоне из­ менения параметров: Rc — (2,5-н23,0) 104; и/с0 = 0,0037-5-0,965; dirx = 0.0193.+ 0.0386; 2 = 2ч-8; d = 4--8 мм; гх = 170н-243 мм.

Физические константы в формулах относились к заторможенной температуре воздуха на выходе из сопел.

25. Расчет турбулентного пограничного слоя при наличии поперечного потока вещества

За последние 10—15 лет очень интенсивно начали развиваться исследования пограничного слоя при наличии поперечного потока от поверхности в пограничный слой. Объясняется это тем, что при интенсивном разогреве поверхности в случае обтекания ее высоко­ температурным газом или при движении с очень большими сверх­ звуковыми скоростями (явление аэродинамического нагрева) эф­ фективными средствами защиты поверхности оказались покрытие ее теплозащитными веществами, уносимыми или разлагающимися при разогреве, или подача различных охлаждающих газов через пористую стенку. Первый тип тепловой защиты нашел широкое применение при создании ракет и космических аппаратов, для которых используются конструктивные пластики, составленные на основе термореактивных фенольно-формальдегидных и эпо­ ксидных смол с армированием текстолитом, асбестом, кремнием, нейлоном и другими материалами.

Материалы типа полиэтилена, органического стекла, тефлона и т. п. разлагаются при температурах примерно 1000 К. В ре­ зультате этого разложения в пограничный слой начинают интен­ сивно поступать газы, обладающие различными молекулярными весами, которые создают эффект вдувания, уменьшая тепловые потоки к поверхности.

При проработке конструкций высокотемпературных газовых турбин в ряде иностранных фирм широко применяется так назы-

160

ваемое испарительное (иначе транспираторное или пористое) охла­ ждение лопаток, которое связано с подачей в пограничный слой лопатки через специальные отверстия или поры на ее поверхности холодных газов.

Присутствие поперечного потока в пограничном слое, вызван­ ное вдувом, сублимацией или испарением, оказывает значительное влияние на структуру пограничного слоя и процессы обмена в нем. Это влияние должно быть тем больше, чем интенсивнее попереч­ ный поток вещества. Опыты показывают, что вдувание, как пра­

Решение задачи о пограничном слое со вдувом возможно в настоя­ щее время только в приближенной полуэмпирической или эмпири­ ческой постановке.

Большинство полуэмпирических методов расчета строится на допущении о возможности обобщения формул Прандтля и Кар­ мана (с логарифмическим профилем скорости) или использова­ ния степенных профилей скорости в пограничном слое при нали­ чии массообмена.

Обычно принимается, что напряжение трения в пограничном

Это допущение равносильно допущению о постоянстве попе­ речного расхода в сечении пограничного слоя, что не соответствует действительности, как это видно из рис. 53, на котором представ­ лены опытные данные, полученные в работе [254], по распределе­