Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Гидродинамика лопаточных машин и общая механика [сб. ст

.].pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
5.18 Mб
Скачать

 

 

 

 

- vu

-

 

 

 

 

 

 

этих Функций

иияно

приблизить функцию

Ü O ',р,р) .

.Для

улучше.

ния сходимости приближенного рѳшення к точному,

выбор Функций

4'rttr, р)

связывают о

геометрической формой (уравнением)

границы области

î)

. Для сокращения мзтематкчаоких в"кчадок

определим решение

а

первом приближении,

т .е ,

U, = «,(г) Ч 'аі',Р).

В нашем случае, когда область

Р

представляет

собой круговой

сектор, функция

 

 

может

быть

записана .например.

в ви­

де

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чѵ (Г, Jî) = 0 - г !) Sir,j3(5ІП.-4-5iftJ?).

 

 

Подставляя вто выражение в

(б),

получим невязку

 

 

 

 

S,[âI.(p),r,ji] = LfÛ,]+3€4?a+.Ltrj

,

(8)

которая,очевидно,

отлична от нуля в области

D

 

иначе

U,

будет точным решением граничной задачи (б) - (7 ).

 

 

Койффиииеят

 

& ,(Р)

, при котором невязка (О) наименее

отклоняется от нуля при веек значениях

Г, р

 

из обяаоти

D

определяется из условия ортогональности невязки

(ч)

к координат

пой функции

Ц’,( г ,^ )

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ff

 

ö.(P),r,р] Ч;, (г,р) dfi d r

= О

 

(9)

или

D

 

 

 

 

__

 

 

 

 

 

( A + эерБ}а,(р)= D(p)

 

 

'>•■)

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=Jj y?(r,p)dpdr;

Ь (

р

)

=

jj ф,(r.tf'-lfJr

 

B=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из равенства (ТО) получается

a ,(p ) =

D(p?

(и)

А+г?Вр

Переходя P область оригиналов, запишем решение граничной задачи (б) - (7) в виде:

 

U , ( r , j 3 / t )

= a , c t ) 4 Ji ( r Jj5 )

 

 

Нестационарное поле

ip ( r , j ï , t )

определяет

н приближенно:

 

4?Сг.рл) = FCr,p,t)^o-,ct)4-J,

 

 

Оотановкмся на методе подбора функции

F Сг . р .Р )_

• Так как

г р а н и ч н о е у с л о в и е ( з ) я в л я е т с я с т а ц и о н а р н ы м , т о

Іг ( Г А р ) = ~ ^ р ^

Кроме того,

очевидно,

что в качестве

F U“,ß)

мокно принять

(_nji) = T ( r , j S ) + І т Р 2( г , ^ 3

, полученное из решения

стационарной

задачи при

заданпых

р, , р г ,Ті, Тг

на гратыах области филь­

трации.

 

 

 

 

t

.

 

Д л я п о с т р о е н и я функций

T ( r , ß )

и

P

и , с л е д о в а т е л ь н о ,

 

и о с п о л ь в у е н с я

р е з у л ь т а т а м и

р а б о т ы

Г ? ]

.!Сак было

показано в этой работа, птационариов распределение температуры при

'заданных на границах

T, =c«vnst,

TÏ ~ Const

определяется

из ряве-

ния

з а д а ч и Д и р и х л е

д л я

функции е х р [ Ѳ ] ~ l - Z P C i T

.

З дѳоЬ

Г = С р К / ^ К / л Л Э ф =С 0 п 5 Ф

t C i - п о с т о я н н а я и н т е г р и р о в а н и я ,

R

- г а з о в а я п о с т о я н н а я , j U

- к о з ф ф и ц и е п т в я з к о о т и ,

К -

ко эф ф и ц и ен т п р о н и ц а е м о с т и ,

. С р

- т ѳ ч л е з ы к и с і ь г а з а

при

п о о т о я н -

ном

д а в л е н и и , Л э ф

-

эф ф ективны й

к о э ф ф и ц и е н т т е п л о п р о в о д н о с т и .

При этом в силу сделанных предположений распределение давления в области фильтрации определяется следующим образом:

. p z = C a - [ J f ^ - t n ( l - 2 C , r T )

Здесь СI

- постоянная

интегрирования.Постоянные

Сі

и Сг

определяются

тем яе путем, что н в [2

] .

 

 

 

Построение функции

ô ( r ,jî)

может

быть

произведено

методом

конформных отображений. Нетрудно

боказаті,

что

 

 

 

 

 

 

. ï arct„

__

 

 

 

 

 

IT-

«(i-r,!m)cos1m£

 

- ° '2с'гЧ Й Г с^ )

і а ким о б р а з о м , в с и л у ( 1 2 ) и ( і з ) имеем

 

 

 

 

 

&n

V—iîlüiüâ— '

 

f < r.» = 0 -

іт)2Гс1[ і-Л, -?-гс ^

Л ?[С ііП "Я Г

M'->-,n,)C(!S1mp

 

-2ГС.Т,/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

f

 

 

 

?sinm.e

 

 

 

и,

 

rc ?(^r*^CoSzfnß

+c,.

(*)

С(Гзсп 11

г п - п - ъ

, _ 9 Г . г г

 

_ 4 û . f n I I -!!+[

г а . і / ±

і Ш

і

 

 

 

 

i

 

\

l - 2 C ,n ,

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

Определив

Rr,J»)

в

форме

(Ій ), приходим к заключению,

что

неустаиовившвеон температурное поле в круговом пористом секторе при фильтрации rasa с зад циннии на граница* температуре в давле­ нии определяется в первом приближении следующим образом:

 

 

Т(г,р,о = ТCr,j») +а ,ш

V, (г,Я).

 

 

(/5)

Коэффициент а ,( t)

 

вычисляется,исходя

из равенства

( I I ) , которое

может быть записано

в следующей форме

 

 

 

 

 

 

 

 

а , ( Р ) і

Di

+

Da

 

 

 

 

 

 

 

А+МВр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р(А+ЭСВр)

 

 

 

Здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 . = - | | > f % lP , ( r , j i ) d j ? . d r )

 

 

 

 

 

 

 

ь

 

 

JL L L

 

 

 

 

 

 

 

i

3F

 

 

 

 

 

 

D

r

ô r

Г1 ЭЯ1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

йспольвуя теоремы линейности и интегрирования оригинала опе­

рационного кочислепил, получим, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a . W ^ x p f - Ä

 

J L -

J k )

 

 

 

 

 

 

, 3 t B

A

) .

 

Таким образом, решение поставленной задачи

имеет вид:

(

 

Г,

 

 

 

2 .

2 5ІП m g

ч

 

1 1 1

 

пгг т л( І- 2 ГС,ТзѴ*аГГ 3('-rJmJco=!my

+

T СГіЯ і1)® 2С,Г

’ѵ”211-іІзД i _ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

-2ГС.Т]

 

 

 

 

 

j

A t‘

3îB

Сіб),

Для вычисления постоянных А ,

В, D , , Dz

, входящих в реавнне

необходимо выразить двойные интегралы через двукратные,при

этом

пределы внутреннего интеграла

(по г )

будут постоянны,так

как область интегрирования представляет собой круговой сектор.При

^адаивом радиусе

дуга сектора

R

=1 и центральном угле

о(.

,

постоянные определяются следующими выражениями:

 

 

 

а _

7si.n2i'C cosk

,

sin2ct + 4

sinoc -

 

+ s i ^

 

д _

 

-

+

 

 

1 _

sinkcosZd

2 Sink

_ 7 - 3 sink-

, .

 

 

 

 

 

 

2

3

 

3

 

»

 

 

 

 

В = 15

ot(? + 4sL nk)+ 2sin2et(3 -S L nk)-^M

+ S

i ^ _ esin^tcos^

 

D, =

6

(oC+Sln2cC) i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

')

I 7і'[(і-гг

j 2cos mj5+4tn m^ja

I Г3Ci ^

 

J

1

3J/

 

 

0 0

 

0

J

V

 

 

 

 

 

 

( + 2mr2m(|-r2n’)cos2mj5] + |Ü £ -

(і-2ГС.Тз)

«

 

 

 

■ + 4mr2m^| fn(i^ifcT^)'s‘Mf7lß~(l_r2m)cosVip +j^coskip(i-r2m)2+

 

 

 

. g t asinnnp -

 

 

 

-jrclrcL9o-r^cb3JiTiip

+ Atg^mjv

І И . / I

_ Л Г*)(|-2ГС.Тз)(?

 

CiГ3 Т\2С,Г

4С,

І-2ГС.Т,

 

m ( l - r ;rn) _______

[2cos2mjvSinmji + si.n2mji co sm p -

r*[(i-rîm)kos*mp+4sinsmp]

-t cos3rnji)2(I - 2Г C,ï3) En* -j~ г^ ~ :— U ( I - Г2) (Si(Ы- Suiji) Sinjidpdr .

I"■ It-»|II J J

Значение постоянно« величины Da мокет сіыть найдено

однии из численных методов, напршер, используя формулы числѳв-

нш

кубатур [ 4 ] ,

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

 

 

 

1.

Глушаков А.Н.,

Воронин В.И.

Ш ,

т .2 І,

Я 2,

1971.

2. Воронив В.И.,

Глушаков А.Н.;

. М ,

т Д З ,

Ä б,

ID67.

8. Цой П.В. Методы расчета отдельных

задач теплонассопѳреноса

 

Энергия, U ., 1971.

 

 

 

 

4.

Мнкеладаѳ Ш.Е. Численные методы математического анализа.

 

ГИТТЛ, У,,1953.

 

 

 

 

 

 

■ ПОРИСТОЕ о т В Д Е Н И Е СТЕНКИ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ

 

I

'

ПОЛРОДЕ ОХЛАДИТЕЛЯ

 

I

 

 

 

В.В.Фалеев, А.Н.Глушаков

 

 

 

Пористое охлаждение является перспективным способом защиты вы­

сокотемпературных элементов в авиационной и ракетной технике

[ I] ,

I

[2]

. Обычно этот способ рассматриваетой при непрерывном вдуве

.газа

(жидкости) через пористые материалы. Конструкции такого

рода'

!имеют существенный недостаток - низкие прочностные характеристики.' Поэтому отыскание рационального способа подачи охладителя,позволяю­ щего компенсировать этот недостаток, является важным моментом при их проектировании.

Возможным'решением этого вопроса может быть создание теплоза­ щитной системы, в которой осуществляется локальный подвод охлади­ теля. При защите значительной поверхности, подверженной действию тепловых нагрузок, необходимо охладитель подавать .от серии источ­ ников. В этом случае рассматриваемая система охлаждения позволяет ооздать локальные условия теплопередачи на участках поверхности, подверженных действию-различных тепловых нагрузок. Из соображений Прочности конструкции, а также поддержания определенного наперед

заданного температурного режима, поверхность разделяют на ряд сек-'

ций, стенки которых выполняютря

непроницаемыми и нетеплопроводными.

В каждой секции помещается источник подачи охладителя.

При проектировании системы

пористого охлаждения важнейшей за-“

дачей является исследование температурных полей внутри

пористых ма­

териалов

с учетом протекающих при этом фильтрационных

процессов.

' В данной

работе

предполагается,

что интенсивность

каждого ис­

точника,

помещенного

в недеформируемой однородно-пориотой ореде

соответственно в точках Аj ; Ад, Ад,

...А п ■ равна 2М

(рис.і) -

Поверхность

С, Со

является одновременно изотермической и изоба-

Рис.І.

В силу очевидной симметрии течения и температурных полей на каждом пористом участке рассматривается осілаоть Ап Bn Un . На "горячей" поверхности высачивания поддерживаются постоянными давле­

ние

-

Рвы*

и температура

-

Таых

, а на входе охладителя

( в

"холодном"

источнике) -

Рв„

 

,

Тох

соответственно.

 

В

предпосылках padom

[3]

,

дифференциальное

уравнение

тепло-

и маооопереноса, записанное

в

координатах р

, і(/ , в слу­

чае идеального контакта скелета пористой среды и просачивающейся

через

поры несжимаемой

(

у^>= const

)

жидкости имеет

виг

 

 

a f j4 ( T ) Щ )] Я i

d Г JL - i L . а

1

с £ _ Ö т _

( r )

 

a p t CL

_

\)

apJ

a y L

 

f(ü) flip J

л ,* OP

 

 

 

Решением

уравнения

C l )

при

граничных условиях I р-с./кч

чклнетсн

 

 

 

 

 

 

Т = Твх ~ ( ТнхТаых) exp (

F “P)

 

(2 )

Давленію

J 3

 

входящее

в

(з),

может бить

найдено в следующий форма

[ й ]

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,-р _ \)^_М

JP

 

 

 

 

(ft)

 

 

 

 

 

 

J

~

OL

X

 

 

 

 

где

\)o=M _/d

-

характерная'скорость фильтрации.

Пнеця критерий

Пекле

Ре = 'O ôdcp/x>K

, зависимость (?)

запишется в

виде

 

 

 

 

 

 

Ѳ =0В«Ы

г . р t Д жи

 

т'

 

 

 

 

 

 

 

 

-

е X.

Лэ<р\л/сІ J

 

 

 

здесь

0= (Т'Твх)/ Гм

- сіеэразмерив я

темпеіетура.

 

 

Функция

9 /х

в рассматриваемой

области определяется следую­

щим образом. Воспользовавшись решением уравнения Гельмгольца и урав­

нениями

движения несжимаемой жидкости в переменных И , ß [ д j

с

учетом

замены

 

 

ф = Q e x p ( - £ ' C )

 

получим:

при

п р и

T > О

 

 

 

г

^ [ е х р ( Е Г м ] - ^ ^ Н Г

К г [ехр( - Т ( r v - ü ) - | ] с о р 2 к р

 

ги(ги*-е‘)

X

K jfriti

 

 

К=І

 

 

 

е х р [ - І С Г к - £ ) 1 C O S 2 K^

(5)

 

 

Г*

 

при

Z < О

 

 

 

 

 

_

2 _

I <Г" , . »к

ех р ['С(Гц-*-£)]С'Оз2кр

X

_

îTfn+ï

1 2..

'

,Гк

 

 

 

 

Ак=і

 

 

 

 

 

.

,м<

к 2Гехр(Т(Гк->ь))-і1C O S 2 K S

( 6 )

 

 

^ Ъ ' °

------- І Т Й - е - )

J

Переход к плоскости (Jitзнчеоких координат осуществляется о помощью соотношений С.А,Чаплыгина.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ч

 

 

 

 

 

 

Обозначения;

 

 

 

 

 

Т, J3

- переменные

С.Л .Чаплыгина; Л

■ядчрективныfi коэффициент

теплопроводности системы пористое тело -

охладителі; рС - коэффи- ■

циент

прони:ідемости;

р - плотность охладителя;

с

-коэффициент

теплоемкости;

Аж

-

коэффициент теплопроводности

несжимаемой

жид­

кости;. ф = ф /м

-

безразмерная

функция

тока;

- коэффициент

ди-

намичеокой кяэкрети;-fP=5y$D

-

безразмерное

дапление;

фр0 }d -

ха­

рактерное давление

и размер;

Гк і/ф к 3 + С: ;

6 = л / г /лён- ;

 

F = cp<X/O^W;

f ( u ) / ü = W = const,

d?= dP /ju(T ) ;

 

П + І -• стопень фильтрации;.

-» ЛИТЕРАТУРА

1.Камер, Гроиич. Охлавдениб выпотеванием сопла ЯРД с газофазным ядерныы реактором. Вопросы ракетной техники, об. перев.

и обзор, ин.период, лит., б, 1966.

2.Вопросы ракетной Техники. Сб.перев. и обзор.ин.период, лит.,' б, 89, 1972,

8, Воронин ff;K., Фалеев В.В., Глушаков А.Н., Самохвалов В.В. О температурном поле пористой пластины при фильтрации охладителя от источника. Сб. "Гидродинамика лопаточных машин и общая механика". изд.ВПЯ, выпЛ.Воронеж,1972.

Ц. Воронин В.И., Фалеев В.В. О нелинейной фильтрации о бесконеч­ ной цепочкой источников. Сб. "Гидродинамика лопаточных машин и общая механика", иэд.ВПИ, вып.І, Вороне»,1972.

УСТАНОВИВШИМСЯ ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ ПРИ ПОРИСТОМ ОХЛАЖДЕНИИ В УСЛОВИЯХ НЕЛИНЕЙНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

охладителя

В.В.Самохвалов, В.В.Шитов

Одной из наиболее важных проблем современной техники явля - ется защита теплоналряжеиных конструкций, например,' камер сгора-" рия двигателей, лопаток турбин, устройств для дожигания горючего, от воздействия высокотемпературных газовых потоков. Количество - передаваемого тепла ыожзт быть значительно уменьшено за счет по­ ристого охлаждения. Практическое применение пористого охлаждения ставит перед исследователями целый ряд задач, связанных о опреде­ лением температурных полей в пористых телах. Несомненный интерес представляет аналитическое исследование двухмерных задач пористо­ го охлаждения. А работы, посвященные изучению двухмерных темпера­ турных полей, встречаются довольно редко.

В наотоящей статье сделана попытка получить уравнения,описы­ вающие процесс пористого .охлаждения двухмерных тел при нелинейном

(степенном) законе

движения охладителя и наметить пути их решения,

 

Для недеформируемой, однородной пористой среды, в предположе­

нии, что температуры скелета пористого тела

и охладителя

одинако­

вы [ I ] , на основе

закона сохранения энергии уравнение стационар­

ного

тенлопереноса

записывается в виде

[2 ]

:

'

“ .

 

 

 

Д

Т - ^ - Ѵ

з ^

0

"

Cl)

 

где

С=С р

-

если

охладителем

является

г а з .

 

 

Коэффициенты

С,

Лат

являются в

общем случае функциями коорди-

HBf и температуры. Однако для однородных сплошных образцов при не- - больших скоростях 'Прогрева (что характерно для систем пористого

охлаждени-.)

как

показали эксперименты [ з ]

, учет леремешюоти

С, Лэ<р

не дает существенного увеличения

точнооти решения, .

Следовательно,

вполне приемлемо положить

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ