Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 31
Текст из файла (страница 31)
ПоэтомУ изменение >1н по длине камеры определяется главным образом изменением локальных значений коэффициента теплоотдачи и„, величина которого в указан>>ых условиях зависит в осно>ии>м от диаметра сечения камеры 11 я изменяется приблизительно пропорционально величине достигая наибольшего значения в области критического сечения сопла.
Максизгу>1 и> (н д„) в этой областп с фнзиче. ской точки зрения обьясняется тем, ч!о здесь паибозыпего значения достпгае> весовая скорость газа ю;., вели'!Ннн когорой при прочих равных условиях и определяе! Нптепсян>н>сть конвективноп> !еплообмена (см. формулу (3.!2). 1Нцичяый качественный график распределения а„и эквидистаптны>! ему график распределения дн по длине камеры пзображены на рис. З.б. Из графика видно, что вдоль камеры сгорания д„почти постоянен.
В докритнческой части сопла Р)н резко возрастает благодаря сугдественпому увеличению скорости гази прн незначительном уменьшении удельного веса и дости>нет максимума в критическом сечении сопла. В закритической части * При качественном внвливе и>менением соотношении ком>оиентов в нристеночном слое но длине камеры можно пренебречь, сопла вследствие резкого снижения удельного веса газа дн быстро уыеньшн»1ся, нес»вотри нн ро» Г онори»1н. Из режимных параметров паиболшпее влияние на а„а СЛЕДОВатЕЛЫИО, И На 1)н ОКаЗЫВаст ДаВЛЕНИЕ В КаМЕРЕ (Рае ход топлива).
Из формул (3.)4) и (3.2) следуег, что а, и г( 4„10 ' алел 1и ' час 10 Рнс. 3.5. Изменение», н д» но длине камеры пропорциональны р,. Следовательно, конвектнвный тепловой поток приблизительно пропорционален давлению в камере (расходу топлива), что создает известные трудности на. дежного охлаждения стенок при создании двигателей с высокимн параметрами рабочего процесса в камере. При~рода топлива влияег на величину 7» главным абра. зом через значения удельной теплоемкостп, газовой постоянной и температуры горения 7'„', В основном д„зависит от !64 температуры горения, тзк как дв приблизительно пропорционален разности Т;, 1, „ а значеняе 1,, сильно ограничено возможностями применяемых материалов (Т,, всегдадолжна быть меньше предельно допустимой температуры материала огневой стенки). При выбранном топливе основным фактором, влияющим пз д„., является соотношение компонентов в пристеночном слое й„„., от которого зависят значения всех существенных для конзектинного тсплообмена параметров (Т;, йо сев п т.
д.). Изменяя й, „всегда можно добиться надежной заншты стенок. Однако необходпмо следить, чтобы эта защита не достигалась ценой гущегтвенного ухудшения экономичности двигателя. й З.З. ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН МЕЖДУ ПРОДУКТАМИ СГОРАНИЯ И СТЕНКАМИ КАМЕРЫ ЖРД Рассмотрим основные особенности лучистого теплообмена в условиях камеры ЯРД и установим приближенные формулы для расчета удельного лучистого потока д„в двух основных случаях: при отсутствии в камере пристеночного слоя и при наличии его.
Первый случай, как известно, соответствует камерам ЖРД, имеющим только наружное охлаждение, а второй— камерам, имеющим как дополнение к наружному и внутреннее охлаждение. Лучистый тепловой поток оя в камерах сгорания без пристеночного слоя составляет обычно 15 — 20'/з от суммарного теплового потока. В сопловой части камеры доля д„., значительно уменьшается вследствие снижения температуры газа — основного фактора, определяющего интенсивность лучистого теплообмена. В камерах с пристеночным слоем лучистый поток по абсолютному значению ослабляется этим слоем па 15.-50$, в зависимости от нида внутреннего охлаждения. Однако доля д,, в суммарном тепловом потоке, наоборот, возрастает до 40 — 50",0 и более, так как копвективный тепловой поток ослабляется пристеночным слоем значительно сильнее, чем лучистый.
Поскольку камеры современных ЖРД обычно имеют пристеночный слой, точность расчета д.„во многом определяет точность расчета системы охлаждения. Особенности теплообмеиа излучением в камерах ЖРД Радиационный тепловой поток к стенкам камеры ЖРД обусловлен главным образом излучением несветящнхся газов (продуктов сгоРания), нагретых до высокой температуры.
155 Термин «несветящиеся» означает, что определяющил) факгором в этом процессе яв.)яется )силовое излучение в области длпиноволновой (инфракрасной) части спектра электромагнитных колебаний. Излучение светящегося пламени («сажистое» излучение) в камерах ЖРД практически отсутствует, так как оно свойственно газовым средам с низкой температурой (порядка )000' К), в которых мо'кет образоваться (вследствие диссоциации СО) и СО) аморфный углерод (сажа). !~'стаиовлеио т;)кже, ч)О в камерах ЖРД ис имеет прахи)')ескОГО значения и хг хиь))0«ии)ес)ц иция, т е.
из.)) ~)они) иа к )ро)ких волнах, возник;)юцгее ири горении )Опл гва вц) дг)иис прямой граисформаиии его кими пекой юргин и лучи. С ГУ)О Большая интенсивность теплового излучении характерна лишь для трехатомиых газов Н»О и СО, Только их радиация и учитывается в практических расчетах. Остальные газы, составляющие продукты сгорания обы шых топлив ЖРД, для тепловых лучей практически прозрачны и поэтому их собственное тепловое излучение незначительно. Теилообмен излучением в камерах ЖРД протекает в специфических условиях, основными из которых являются. 1. Высокие значения температуры и давления излучающей газовой среды.
Для таких значений Т и р почти отсутствуют надежные данные по излучательным характеристикам газов, определяющим интенсивность излучения последних. К таким характеристикам в первую очередь относится степень чер- НОТЫ Е. 2, Сложность геометрической формы объемов, заполненных излучающей средой, что затрудняет определение средней длины пути луча ( — величины, также определяющей интенсивность излучения газа. 3. Наличие пристеночного слоя, обусловлнвающего перемеииость температуры и парциальпых давлений излучающих газон в направлении нормали к огневой стенке камеры, 4.
Резкое изменение температуры и данлеиня газа в закритической части сопла вследствие его расширения при истечении. Эти особенности значительно осложняют определение дл и снижают точность его расчетных значений. Определение д,, в камерах, не имеющих пристеночного слоя Расчетная схема для определения удельного лучистого ио тока к стенкам камер, не имеющих пристеиочиого слоя, изо. бражена на рис.
З.б,а. Как уже было отмечена, во внимание принима~тся радиация только Н«О и СО„. Н) шюшаемая газами энергия излучения стенок ие )читьи:и') я, так как Она ничтожна (1,0 — 1,5%) по сравнению с излучением газов'. Излучающая среда полагается однородной и имекнцей форму короткого цилиндра диаметром с(и и длиной (псн ттн, Вычисленное при этих условиях значение удельного теплового потока ~а боковую поверхность стенки обозначается символом т/ив и считается одинаковыхт во всех сечениях камеры сгорания и докритнческой части сопла до. сечения с относительным диаметром (я=с(/с(ир- -1,2. Значения дп в остальных сечениях сопла определяются по приближенному полуэмпирическому графику изменения т/и по длине камеры, зид и обоснование которого датотся ниже.
а б Рис. З.а. Рнсче1иые схемы ння опрененения дв,» Расчет т/н „производится по формуле «ккал ' (3.22) где се =4,88 1О-' ккал/яте и('К)' — коэффициент лучеиспу- скапия абсолютно черного тела; е,', — эффективная степень черноты стенки; в,— степень черноты излучающих газов; Т вЂ” термодинамическая (статическая) температура продуктов сгорания в камере сгорания. Ввиду того что скорость движения газа ю в камере с«орания незначительна (те=!00 —:200 м/сек), величина Т близка к Тв — температуре торможения продуктов сгорания, равной пРоизведению отТк, „,р. Величина е„учитывает отраженное излучение от противоположной стенки камеры.
Для того чтобы определить и се~ используется приближенная зависимость в (3.23) где в„— обычное значение степени черноты стенки. " Вснепщвие того что темпера~урн с~евон существенно ниже температуры ! нлтв н Чв - Т', 157 Величина а„ заимствуется из теплотехнических справочников. Например, для окисленной стали при Т=900' К а„= =0,8.
Степень черноты излучающих газов а, подсчитывается по формуле (3.24) 'г = " (ан,о 1 'со,) где ги о — степень черноты водяного пара; а о — степень черноты углекислого газа; х — эмпирический поправочный коэффициент: 'н,о + 'со, 9 ко'со Х= 'н,о + 'со. (3.25) Коэффициент х учитывает то обстоятельство, что суммарное излучение смеси 11зО и СОз меньше суммы излучений этих газон вследствие частичного взаимного перекрытия спектров излучения и поглощения. Поэтому часть энергии излучения СОз поглощается парами воды, и наоборот. Способы определения ан о и а и других излучательных характеристик этих газов рассматриваются ниже.
Учитывая соотношение (3.24), запишем формулу (3.22) в таком виде: (3.26) Определение о„„в камерах с пристеночным слоем Расчетная схема для определения удельного лучистого потока к стенкам в камере сгорания и докритической части сопла (до сечения с относительным диаметром 0=1,2) при наличии пристеночного слоя изображена на рнс. 3,6, б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
