- •1. Принцип энергии. Первое начало термодинамики для движущегося газа
- •2. Принцип энтропии. Показать знак изменения энтропии системы при теплообмене
- •3. Термодинамические функции состояния и процесса
- •4. Термодинамическое определение температуры через количество возбужденных и невозбужденных атомов
- •5. Формула Больцмана для энтропии системы. Определить энтропию системы, состоящую из 1000 атомов, 2 из которых находятся в возбужденном состоянии
- •6. Требования к температурному состоянию системы «газотурбинный двигатель»
- •7. Источники тепла в двигателе. Максимально и минимально возможные уровни температур
- •9. Диаграмма теплового баланса при сгорании (окислении) топлива. Высшая и низшая теплотворные способности топлива
- •10. Классификация нефти по групповому составу
- •11. Физические механизмы переноса тепла
- •12. Понятие пограничного слоя. Критерий принадлежности пограничному слою. Толщина пограничного слоя
- •13. Толщина вытеснения, потери импульса и энергии
- •14. Вывод уравнения Кармана и его анализ
- •16. Уравнение движения газа для турбулентного течения
- •19. Понятие коэффициента теплоотдачи и его связь с коэффициентом теплопроводности. Смысл введения коэффициента теплоотдачи
- •20. Связь коэффициента теплоотдачи с числом Рейнольдса
- •22. Факторы, влияющие на процессы теплоотдачи при обтекании лопаток турбины в реальных условиях
- •23. Турбулентность и ее измерение. Спектр турбулентности. Волновое число
- •24. Понятие эффективной турбулентности. Энергетический и диссипативный диапазоны волновых чисел
- •25. Эффективность конвективного охлаждения. Анализ его выражения. Критерий оптимальности эффективного охлаждения
- •26. Пленочное охлаждение. Эффективность пленочного охлаждения. Основной фактор влияния на эффективность
- •27. Зависимость Кутателадзе-Леонтьева
- •28. Соотношения Кришнамурти и Абу-Ганэма влияния турбулентности на коэффициент теплоотдачи
- •30. Механизм влияния нестационарности на эффективность пленочного охлаждения
- •31. Трехмерные эффекты в граничных условиях на поверхности лопаток турбин
- •32. Изменение коэффициента теплоотдачи во внутреннем петлевом канале охлаждающего воздуха (со стороны спинки и корыта) при вращении и его отсутствии. Число Россби
- •33. Параметр оребрения. Влияние оребрения на эффективность охлаждения
- •34. Смысл лобового натекания. Критериальное выражение для коэффициента теплоотдачи при лобовом натекании
- •35. Понятие термоциклического нагружения. Фазовые траектории термического нагружения лопаток и дисков
10. Классификация нефти по групповому составу
Классификация нефти по групповому составу включает в себя парафины (Сn Н2п+2 ), нафтены ( циклические Сn Н2п ), ароматики ( циклические - бензол ) и олефины ( С2 Н4 ). Очевидно, что чем меньше соотношение С/ Н, тем выше качество углеводородного топлива ( выше теплотворная способность, термостабильность, меньше сажеобразование и дымление, меньше тепловое излучение в камере сгорания). Как правило в авиационном керосине доля ароматиков ограничивается величиной не более 20 %, а олефины - отсутствуют.
Рассмотрим керосин, состоящий из 40 % парафинов С6Н14 (гексан), 40 % нафтенов С6Н12 ( циклогексан ) и 20 % ароматиков С6Н6 (бензол). Соответственно, молекулярные веса этих компонентов
с6н14 = 86, с6н12 = 84, с6н6 = 78
Удельная формула вещества ( на единицу массы ) получается из молекулярной делением на , т. е. если молекулярная формула Сn Нm, то удельная формула . .Отсюда удельные формулы соответственно гексана - С69,8 Н163, циклогексана - С71,4 Н143, бензола - С76,9 Н76,9. Удельная формула керосина с учетом весовых долей компонент С71,9 Н137,7, где доля каждого элемента вычисляется как
0,4 69,8 + 0,4 71,4 + 0,2 76,9 = 71,9 ( для С )
0.4 163 + 0.4 143 + 0,2 76,9 = 137,7 ( для Н )
В качестве окислителя используется воздух, содержащий 23, 1 % О2 и 75 % N2. Удельная формула кислорода . Соответственно удельная доля кислорода в воздуха 0, 231 62,5 = 14, 45, т. е. O14,45 .
Таким образом,
11. Физические механизмы переноса тепла
закон Фурье. В одномерном случае он имеет вид , где --коффициент теплопроводности среды. В случае передачи тепла от газа к стенке этот закон может быть трансформирован в виде , где -разность температур газа (температуры торможения газа, или адиабатической температуры стенки) и стенки, а -толщина теплового пограничного слоя, через который и происходит передача тепла теплопроводностью от газа к стенке. Тепловой пограничный слой представляет собой по сути тепловое сопротивление границы между средами: движущегося газа и неподвижной стенки. Именно в пограничном слое происходит торможение скорости газа от средней скорости потока до нулевого значения на стенке («прилипание»). В пограничном слое происходит и адиабатическое преобразование кинетической энергии потока в энтальпию с повышением температуры до значения температуры торможения (полной температуры). Закон Фурье имеет аналог в электротехнике в виде закона Ома: . Разность потенциалов аналогична здесь тепловому напору, а сопротивление—толщине теплового пограничного слоя. Таким образом, для решения задачи определения тепловых потоков в стенку необходимо знать сопротивление границы раздела сред, т.е. толщину теплового пограничного слоя.
12. Понятие пограничного слоя. Критерий принадлежности пограничному слою. Толщина пограничного слоя
Тепловой пограничный слой представляет собой по сути тепловое сопротивление границы между средами: движущегося газа и неподвижной стенки. Именно в пограничном слое происходит торможение скорости газа от средней скорости потока до нулевого значения на стенке («прилипание»). В пограничном слое происходит и адиабатическое преобразование кинетической энергии потока в энтальпию с повышением температуры до значения температуры торможения (полной температуры). Это понятие ввел Прандтль в 1904г. (100 лет тому назад) для описания течения вблизи обтекаемых поверхностей. Эти течения обладают особенностью, отличающей их от основного потока. Вблизи стенки происходит торможение скорости на малом расстоянии нормально поверхности. Т.е., в отличие от основного потока, вблизи стенки реализуются большие градиенты изменения скорости . Согласно гипотезе Ньютона, силы вязкости, или напряжение трения имеет вид . Т.е. именно в пограничном слое силы вязкости имеют значимые величины. Прандтль определил принадлежность течения к пограничному слою, если силы инерции и силы вязкости имеют один порядок.
Теперь мы получим фундаментальное выражение для толщины пограничного слоя, используя определение Прандтля. Для этого приравняем силы инерции и силы трения.
. Далее заменим координату «dx» длиной пластины «l», а координату «dy» толщиной пограничного слоя . Сократив первую степень скорости, получим искомое выражение.
Расстояние от точки образования слоя
Число Рейнольдса основного потока
Градиент давления в направлении потока
Число Рейнольдса в пограничном слое
Турбулентность потока
Соотношение масштаба турбулентности и толщины пограничного слоя
Вид течения (отрывное или неотрывное)
Скачки уплотнения
Угол натекания на поверхность