巴兹公式课件.pptx

8.2.2燃气侧传热

在推力室冷却系统设计中一个很重要的步骤就是要分析由燃气向室壁的传热，即燃气侧传热。这种传热是强迫对流进行的。在燃气把热传给壁之前，热能必须必须通过贴壁的滞止燃气层，即边界层。对这种复杂的对流换热，其可以用下列关系式来描述：

q=h(Taw-Twg)(14)

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火箭发动机：LRE07-08秋

式中

g—热流，即单位时间、单位面积上通过制止气膜传递的热量，w/m²

h。—燃气侧对流换热系数，w/(m².K)

Taw—燃气侧绝热壁温，K

Twg—燃气侧的当地室壁温，K

火箭发动机：LRE07-08秋

07-08秋

推力室中给定位置的燃气绝热壁温可由下式求得

当地燃气马赫数有效恢复系数(0.9-0.98)

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喷管滞止温度或

燃烧室总温，K

当地恢复系数

(15)

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当地恢复系数表示摩擦产生的温度增量与绝热压缩引起的温度增量之比，可由试验确定或者根据下列简化关系式估算：

r=(Pr)⁰.5

r=(Pr)⁰.33

对于层流

对于湍流

(16)(17)

普朗特数

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燃气侧对流换热系数h。的确定十分复杂。根据湍流边界层经验描述，已经得到了计算燃气侧对流换热系数的简单关系式。其中应用较多的为由Colburn得到的如下关系式：无量刚常数

燃气导热系数，w/(m.K)

当地燃气密度，kg/m³当地燃气速度，m/s

燃气粘性系数，kg/(m.s)

Nu=CRe⁰.8Pr0.34

水力直径m

其中，

(18)

(19)

(20)

5

由上式，巴兹(Bartz)给出了如下得到广泛应用于喷

管的修正式(22)

喉部处喷管的曲率半径，m

沿推力室轴线的截面积，m²

边界层横向气体性质变化的修正系数

6

燃气定压比热，J/(kg.K)

(21)

07-08秋

(23)

σ随(TwgTc)ns和γ之间由上式所确定的变化如下图所示：

7

07-08秋

σ可根据喷管滞止温度、当地燃气侧室壁温和当地马赫数确定：

通过边界层横向气体性质变化的

修正系数的σ值

8

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1/4T。/(Ts)

1/2

3/4

1

Twg(T₂)

72

3/4

1

2810203040

8

1/4

1/23/4

Tug八(T.)

Tmy/(T),=0

Twg/(T)=0

收缩

Y=1.4

Y=1.2

1/4

07-08秋

对于燃气混合物，如果没有可用的Pr和μ的数据，可用下式近似给出：

(24)

μ=(1184.1×10-¹0)M0.5T⁰.6(25)

燃气粘性系数，kg/(m.s)燃气温度，K燃气分子量，g/mol

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例3确定例1中两台发动机再生冷却推力室、喉部和面积比ε=5的喷管扩散段位置处的燃气侧对流换热系数hg

解：

(a)A-1级发动机

假设燃烧反应是均质和完全的，由例1已给出液氧/RP-1(煤油)在(pc)ns=68atm和混合比为2.35时燃气参数如下：

(Tc)ns=3588.7K,M=22.5g/mol,y=1.22

设计的(Tc)n=理论的(Tc)n×(c*的修正系数)²=

3588.7×0.9752=3411.5K

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由例2已经得到设计特征速度c*=1722.95m/s,喉部直径D₁=0.63m,喉部型面的平均半径R=(0.4725+0.12)/2=0.29625m燃气的定压热容为：

燃气的普朗特数

11

燃气的粘性系数

μ=(1184.1×10-10)M⁰.5T⁰.6

=(1184.1×10-¹0)×22.50.5×3411.50.6=7.4×10-⁵kg/(m.s)

由

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