УДК 661.99
Ю. А. Ш е в и ч, Т. К. Д а н и л е н к о
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕНА
В ИСПАРИТЕЛЕ КРИОГЕННОГО ТОПЛИВА
ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Рассмотрены особенности расчетов теплообменника-испари-
теля(газификатора) криогенного топлива, изготовленного из труб,
а также теплообмена со стороны криогенного топлива при раз-
личных условиях его состояния, т.е. при давлениях больше и меньше
критического. Источником тепловой энергии для газификации явля-
ется горячий поток выхлопных газов турбореактивного двигателя.
E-mail:
shevich@power.bmstu.ru
Ключевые слова
:
криогенное топливо, водород, газификация, сверхкритическое
состояние.
Задача по созданию теплообменников-испарителей (ТИ) актуальна
для энергетических систем, использующих криогенное топливо (КТ),
например сжиженный водород или метан. Жесткие требования к та-
ким аппаратам предъявляются в случае применения КТ в авиации.
Источником потока теплоты в этом случае могут быть горячие га-
зы, выходящие из сопла турбореактивного двигателя. Конструктив-
ная проработка показывает, что такие ТИ целесообразно располагать
в сопле двигателя, т.е. в струе потока горячих газов, выходящих из
камеры сгорания турбо-реактивного двигателя, температура которых
достигает 600 K и более.
Схема расположения трубчатой конструкции ТИ в объеме двига-
теля показана на рис. 1. Особенность теплового расчета такого ТИ
заключается в том, что газификация КТ в трубах аппарата может про-
текать при различных термодинамических состояниях КТ, в частности,
на некоторых режимах работы двигателя давление КТ может дости-
гать критического значения и более, когда свойства КТ, например во-
дорода, существенно изменяются, а газификация осуществляется без
характерного процесса фазового перехода кипения.
Авторами были выполнены расчеты восьми вариантов трубчатых
конструкций ТИ. Четыре варианта конструкций состояли из трех сек-
ций, другие четыре имели по две секции. Диаметр трубок составлял
d
н
= 10
. . .
31
мм, а внутренний диаметр
d
вн
= 8
. . .
29
мм. Диаметр
навивки испарителя
D <
580
мм, длина навивки
L <
350
мм. Навивка
имела наружное оребрение в виде 36 сплошных ребер, расположен-
ных вдоль направления течения горячего газового потока. Криогенное
топливо подается в испаритель через входной патрубок в первую сек-
цию, состоящую из четырех трубок. Сделав полный оборот по этим
трубкам, КТ попадает в коллектор, по которому перетекает во вто-
рую секцию, где также делает полный оборот по четырем трубкам и
222
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012