ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Факультет ТИ Специальность 160304 «Авиационная и ракетно-космическая теплотехника»

З А Д А Н И Е

НА ДОМАШНЮЮ КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ № 2

По учебной дисциплине

Тепловая защита»

Студент ______________________ шифр _________ учебная группа ТИ-7-______

Титульный лист

Задание

Введение

Задача № 1.1

Задача № 1.2

       Заключение

       Список использованных источников

Руководитель работы _________________________ С.А. Кананадзе

Задание принял к выполнению ____________________     ___________________

                                                      (подпись студента, дата)        (фамилия, инициалы)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Факультет ТИ Специальность 160304 «Авиационная и ракетно-космическая теплотехника»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ № 2

По учебной дисциплине

Тепловая защита»

ОЦЕНКА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ

СТЕНКИ КАМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ

с ТЗП ПАССИВНОГО ТИПА

Студент _____________________ шифр _________ учебная группа ТИ-7-_______

Отделение – дн., веч., заочн.

 

Обозначение работы:  ДКР-2068752-160304-ТИ7-15 -11

 

Работа защищена «____» ________ 200 __ г.

 

Руководитель работы _________________ С.А. Кананадзе

Студент _____________________       ______________________

  (подпись)                                       (инициалы, фамилия)

Москва, 2011 г

Введение

Результатом расчёта ТЗП пассивного типа является: определение уровня температуры в месте контакта (скрепления) поверхностей материала ТЗП и стенки защищаемого элемента конструкции камеры двигателя; а также потребной толщины покрытия, с тем чтобы эта температура была как можно ниже с целью сохранения высокой прочности материала несущей конструкции.

Определение температуры материала несущей конструкции при заданной толщине ТЗП относится к решению обратной задачи.

Решением прямой задачи проектирования являетсяопределение толщины ТЗП, ограничивающего нагрев материала стенки не выше допустимого значения температуры Т_доп ( ), например, по условию её механической прочности, к окончанию работы двигателя.

Для определения температурного поля двухслойной стенки может быть использовано уравнение нестационарной теплопроводности, которое в данном случае решается с учетом изменения теплофизических свойств металла по толщине стенки. Упрощение решения достигается за счет принятия теплофизических материалов покрытия и защищаемой стенки не изменяющихся с ростом температуры прогрева, а также в предположении бесконечно большой теплопроводности металла.

«ОЦЕНКА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СТЕНКИ КАМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ С ТЗП ПАССИВНОГО ТИПА»

Задание № 2.1

Определить температурное поле (профиль) в двухслойной стенке камеры двигателя, защищённой слоем ТЗП пассивного типа, толщиной - ∆_П в заданном сечении цилиндрической части корпуса РДТТ с вкладным зарядом в течение времени работы двигателя.

Исходные данные:

Материал теплозащитного покрытия – окись Al со следующими теплофизическими характеристиками:  T_ПЛ = 2290 К;  ρ_П = 2950 кг/см³ ;

λ_П = 2,59 кг·м/(с³*K) ; С_П = 1130 м²/(с^2·К). И примем толщину теплозащитного покрытия – 0,0006 м.

1) Определим критерии:

2)  По графику номограммы зависимости  θ от критерия  Fo  и параметра  μ находим θ  = 0,9. При этом температура материала стенки камеры:

Рис.2.1 номограмма зависимости θ от критерия Fo и параметра µ

Температура T = 299,2 ˚C входит в допускаемые из условия механической прочности температуры для данного материала стенки.

 Количество теплоты, которое может поглотить материал стенки камеры:

Зависимость логарифма от Fo_П при  = const носит в основном исключительно линейный характер. Это указывает на то, что работа термостойкого теплоизоляционного материала почти целиком протекает в условиях регулярного теплового режима. Следовательно, представленное номограммой решение можно аппроксимировать зависимостью вида:

где lgθ₀ – константа аппроксимации; A и С – коэффициенты аппроксимации.

Как показывает анализ, при А = 0,45, С = 0,40, = 0,0212 точность аппроксимации в области  = 0,2...20 составляет примерно 1…2%.

При →0 ошибки аппроксимации возрастают, оставаясь в пределах 10…12%.

Подставляя в зависимость развернутые выражения Fo и , получаем уравнение, квадратное относительно ∆_П.

Решая его, находим потребную толщину ТЗП пассивного типа.

;

Находим значения F, M, G, H для расчета ∆_П :

Определяем потребную толщину ТЗП:      

Пренебрегая кривизной двухслойной стенки камеры двигателя, массу одного квадратного метра (погонной массы) конструкции можно определить как:

3) Строим температурный профиль двухслойной стенки.

Рис. 2.2 изменение температуры от толщины стенки в двухслойной стенке

Тут видно, как меняется температура в двухслойной стенке.

Задание № 2.2

При выборе оптимальной толщины материала пассивного ТЗП в ряде случаев исходят из условия обеспечения минимальной массы рассматриваемого элемента конструкции (материал стенки корпуса + покрытие пассивного типа), либо минимума стоимости защищаемого узла и т.п.

1) Находим минимум массы конструкции:

2) Увеличиваем толщину материала ТЗП - Δ_П и находим – m_СТ:

3) Увеличиваем толщину материала стенки - Δ_М и находим – m_СТ:

4) Строим график зависимости погонной массы стенки камеры двигателя m_СТ с ТЗП пассивного типа от толщины металлической стенки Δ_М. График изображен на рис. 2.3.

Рис.2.3. График зависимости погонной массы стенки камеры двигателя m_СТ с ТЗП от толщины металлической стенки Δ_М

Вывод

Значение толщины ТЗП, определяемые по представленным выше соотношениям, имеют приближенный характер и получены при использовании ряда допущений, существенно упрощающих реальную физическую картину теплообмена. В связи с чем толщину покрытия, вычисленную по проведенным формулам в проектных расчетах, следует увеличить в 1,2 … 1,5 раза. Окончательные же значения толщины ТЗМ могут быть установлены в результате стендовой отработки двигателя.