Исследование температурного разделения в потоках сжимаемого газа

• Автор: Бурцев, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Основные обозначения и сокращения
1. Методы газодинамической стратификации
1.1. Исторический обзор
1.2. Стратификация в струе газа
1.3. Вихревой метод стратификации в трубке Ранка-Хилша
1.4. Волновые и вихревые газодинамические методы
1.5.Влияние параметров потока и теплообмена на коэффициент восстановления температуры
1.6.Основные выводы и постановка задачи
2. Аналитическое исследование возможностей газодинамической стратификации
2.1 .Обтекание непроницаемой пластины
2.1.1. Ламинарное обтекание непроницаемой пластины
2.1.2. Турбулентное обтекание непроницаемой пластины
2.2.0бтекание проницаемой пластины
2.2.1. Ламинарное обтекание проницаемой пластины
2.2.2. Турбулентное обтекание проницаемой пластины
2.3.Турбулентное течение газа в коаксиальных цилиндрических каналах..
2.3.1. Постановка задачи
2.3.2. Влияние числа Рг и г на количество передаваемого тепла
2.3.3. Влияние Яг и т на количество передаваемого тепла
2.3.4. Влияние параметра и на количество передаваемого тепла
2.4.Методика расчета ТЛ
2.4.1. Уравнение движения
2.4.2. Уравнение теплового баланса
2.4.3. Замыкание расчетной системы уравнений
3. Практическое применение
3.1. Термодинамические циклы

3.1.1. Тепловая машина с газодинамической регенерацией
3.1.2. Холодильная машина с газодинамической регенерацией
3.2. Использование температурной стратификации в ракетной технике
3.2.1. Установка двухцелевого назначения
3.2.2. Цикл энерголазерной установки с газодинамической регенерацией
3.2.3. Ракетный двигатель, использующий эффект газодинамической стратификации
3.3. Холодильная установка с модифицированной ТЛ
3.4. Применение ТЛ в газовой промышленности
3.4.1. Установка НТС промыслового газа с ТЛ
3.4.2.Бесподогревное редуцирование магистрального природного газа
3.4.3. Охлаждение природного газа после компрессорных станций
4. Сравнение результатов теоретического расчета с экспериментом
4.1. Первое экспериментальное исследование метода газодинамической температурной стратификации воздуха
4.2. Исследование профиля температуры в сверхзвуковом канале
4.3. Полупромышленный эксперимент на природном газе
4.3.1. Схемы и условия проведения экспериментов
4.3.2. Результаты эксперимента при испытании ТЛ
4.3.3. Сравнение значения экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов ТЛ
4.3.4. Сравнение значения экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов ТЛ с независимым внешним контуром
4.3.5. Точность проведения эксперимента
4.3.6. Выводы о результатах эксперимента
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
К настоящему времени предложено много примеров процесса температурной стратификации в газовом потоке. Причины, вызывающие температурную стратификацию, могут быть самыми различными. Иногда стратификация является результатом дисбаланса между потоками тепла за счет теплопроводности и выделением тепла за счет работы сил вязкости. В других случаях температурная стратификация вызывается вихревыми течениями, пульсациями давления и возникновением звуковых волн. Некоторые из этих явлений нашли применение в различных технических устройствах, предназначенных для безмашинного метода получения разности температур.
Прошло уже несколько десятков лет после того, как аппараты созданные человеком превзошли скорость звука. Развитие авиации и космонавтики потребовало исследование теплообмена при высоких сверхзвуковых скоростях течения газа.
Интенсивность теплообмена между потоком газа и обтекаемой поверхностью зависит от температурного напора между стенкой и потоком, равного разности между температурой восстановления потока газа и температурой стенки. Это связано с тем, что возле стенки происходит искривление эпюры температуры торможения потока газа в пограничном слое (из-за разности теплового потока от сил трения и потока, отводимого теплопроводностью), причем форма и величина искривления зависит от значения критерия Прандтля [59, 64, 1] для данного газа
Рг И*Ср X ’
где и - коэффициент кинематической вязкости газа;
Ср — теплоемкость газа при постоянном давлении;
X - теплопроводность газа.
На использовании этой особенности и основан способ температурной стратификации в сверхзвуковом потоке газа, предложенный Леонтьевым

где №, = %£; Ке00 = ^; г = М¥г.

На Рис. 2.3 показаны зависимости относительного количества переданного тепла от параметра и для турбулентного течения при различных значениях к и Рг = ОД и 0,9. Как видно из графиков для каждого значения показателя адиабаты к существует экстремальное значение скорости и (при заданном числе Рг), соответствующее максимальному количеству тепла, переданного через пластину.
Рис. 2.3.
Зависимость относительного количества переданного тепла от параметра и для турбулентного течения при различных значениях к и Рг