Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 33
Текст из файла (страница 33)
температуры, определяющей значения физических параметров жидкости, входящих в критерии подобия. Если в качестве определяющей прин>пь среднюю температуру в пограничном слое Т,», рвану>о Т»р —— ~н.с+ Тж то уравнение (3,35) запишется так: 1оцщ — — (> О23 Рео.аргсл (3.3б) Выбор для расчета а>«той илн иной формулы зависит ог достоверности информации о значениях физических «констант» жидкости (с»ь Л~, >ь и т. д.) в зависимости от темг ературы. Входящие в формулу (3,35) критерии подобия в развер.
нутом виде записываются следующим образом; Хи = — Ке = — Рг ажла . мжтжФ, Лхжсж Л ж Кяж у ж Л м ж Лса Определяющим размером здесь служит Н, — эквивалегпный дизметр тракта, равный 4гж ч а Л ! (3 ал) где Рж — площадь проходного сечения тракта,' П вЂ” полный смоченный периметр сечения, т. е. пери. метр, по которому жидкость соприкасается со степками тракта (вне зависимости от того, какая чагть этого периметра участвует в теплообмснс). Подстав ~яя значения критериев в уравнение (3.35) и решая его озносительно искомой величины аж, получим Лыз Входянгпе в зависимость (3.38) величины должны выражаться в слг цющих единннах: клал коэффиинснт теплов роводностп жпдкости Лж 'жГ л саа град ~ ' акал — удельная тсплосмкость жидкости са, ( ср граа — коэффиппшы гпнамической вязкости жидкости ~аг сл г 'гл — Удельный аес жидкости Уж; —, П ам Гса 1 — скоРость лспдколи в данном сечении щя, ~, — „, П вЂ” эквивалентный диаметр сечения с(а [ж) Обозначив комбппзппкл цз величин, завпсящи; только от физических свойг~п жидкости, ЛЫЗ Гт .
70Л7 ~ж а также заменив весовщо пщрость свж,а, ес значением из уравнения перазрьпн1осгп (ьэау„=-- — "."') и умиожщ; ~рл- 1)5 вую часть иа 3600 (для перехода к размерности а в ккчл — — окончат~льна получим м'ч. град1 ' и = 75,6Е !,(~;") ' ( ~'" ) ' ~, 1, (3.40) ГкГ где б„,ч — секундный расход охладителя (сак Аналогичные преобразовании формулы (3.36) даюг где со 4 (ятч~) ' (3.42) Формулы (3.40) и (3.4!) можно использовать для расчета локальных значений аж только в том случае, когда Т,,(Та — температуры кипения жидкости при давлении, равном давлению в тракте охлаждения. Влияние различных факторов на интенсивность наружного охлаждения Из формулы (3.40) или (3.41) видно, что основными факторами, от которых зависит величина а„ь а следовательно, и интенсивность теплоотдачп от стенки к жидкости, являются природа и температура охладнтеля, его весовая скорость — '"'=-та у, а также размеры и форма тракта охлаждения.
ж Свойства охладителя н его температура влияют на величину а„через параметр Я (Л„, или Лгв), который является хорошим критерием для сравнения теплоотдачи к различным жидкостям. Зависимость У (и а,ч) от температуры охладителя обусловлена изменением физических свойств жидкостей при изменении температуры, Для всех жидкостей с повыше. нием температуры параметр 3 возрастает, что связано с увеличением теплоемкости и уменьшением вязкости. Следовательно, теплоотдача к горячей жидкости происходит интенсивнее, чем к холодной.
Однако повышение .гемпературы охладителя Тж не всегда целесообразно. Дело в том, что отвод тепла от стенки, а значит, и температура ее, зависяг ие только от а, но и от разности температур Т„, — 7 . При подогреве жидкости я~ увеличивается, а разность Т„„,— Т,„ уменьшается. Оптимальное значение Т, при котором обес. 176 печивается наименьшая температура Т„„может быть уста- новлено исследованием на минимум функшш т„,= Ч, +т. ож( ж) Полл Зависимость же оьк от весовой скорости ' охладителя 'л непосредственно видна из формулы ( .40) ~ а. — (П вЂ”.' ) Гл ох в и обусловлена тем, что при изменении —,.'- изменяется интенсивность турбулентности потока. С увеличением ~охл Л 2лиср 7 — 2954 177 последняя увеличивается и пнгеп.
сивность теплоотда пч повьипается. Однако возможность маневра величиной = ограничена, так как Глох л ~ж расход охладителя обычно равен расходу одного из компонентов топлива и не может быть изменен без существенного изменения тяговых характеристик камеры, велпчи|на которых строго регламентпр)гется. Позтому весовая скоросчь Р зв П Рис. З.в.
Поперечное сечение охладителя, а следовательно, и ин гладкого кольненого тракта твнсивность наружного проточного охллждення охлаждения изменяются в основном путем изменения Е„,— площади проходного сечения тракта охлаждения. Однако и здесь имеются ограничения, рассматриваемые ниже. При постоянных расходе и температуре жидкости величина а определяется размерами тракта охлаждения и его формой, которая представляет собой профиль проходного сечения потока жидкости, Форма тракта охлаждения зависит главным образом от способа скрепления огневой стенки с рубашкой камеры.
Если они соединяются между собой кольцами жесткости (как,:например, у камеры двигателя ракетгя «Ъ'-2»), тракт охлаждения представляет собой гладкую кольцевую щель со средним диаметром гт', и высотой Л (рис. 3.9), Площадь проходного сечения потока Рж и эквивалентный диаметр тракта 4 в атом случае равны Подставляя значения а(а и тц в формулу (3.40), получим 1 а ж Такая зависимость иж от Л объясниется тем, что прп стекл=сонэ( с изменением Л изменяется скорость движения охладителя и соответственно интенсивность турбулентности потока. Уменьшение Л является весьма действенным средством форсирования наружного охлаждения. Однако при эгон резко возрастают гидравлические потери Лр„„„р в тракте охлаждения, так как они пропорпиотт 1 ла нальны —, Действительно, в турбулентном потоке ((таха = сонэ() ,2 1 Лр Гихр Рис.
3.10. Увеличение скорости авинтеиия жидкости в тракте охлаждения с винтовыми каиаламн Форма тракта охлаждения в виде гладкой колыгевой щс.ти не обеспечивает высокой жесткости конструкции. Кроме того, при малых Л трудно достигается одинаковая высота щели по всей длине окружности, Поэтому ука. ванный способ скрепления оболочек в дальнейшем уступил место другим, основанным на оребренин огневой стенки. Оребрение повышает жесткость камеры,обеспечивает постоянный зазор между ее внутренней и наружной оболочками, а при высокой теплопроводности материала огневой стенки и ребер также увеличивает теплоотдатощую поверхность, чем повышает интенсивность отвода тепла от огневой степки. Оребрение может осуществляться как фрезеронанием огневой стенки, так и привариванием (припаиванием) к последней специальных прутков или гофрированных проставок.
При этом ребра могут быть как продольными, так и выполненными в виде винтовой резьбы. В последнем случае при одинаковом расходе охладителя достигается большая скорость его движения (рис. 3,!О). Символы на рисунке обозначают: ш„и ш„— значения скоростей жидкости в винтовом и продольном каналах, а р,— угол наклона винтового канала к оси камеры. Раз~новидностью оребрен~ной камеры является камера, выполненная из отдельных, спаянных между собой трубок. Поперечные сечения трактов охлаждения при указанных видах оребрения с обозначением определяющих размеров изображены на рис. 3.11. 178 Для трактов с прямоугольными ребрами как продольными (рис. 3.!1,а), так и винтовыми (рис, 3.11,г) эквиваленгный диаметр равен 4~ж 4)ел 2еа И 1(2е+ аа) е+ Д ' где 1 — чис, и каналов.
Эквивалентный диаметр грактов с гофрированными проставками (рис. 3.11, б) 11' н~ 4!етт, 2еА, гт г'(2е+ 2)т,,) е+ аг ' где т — также число каналов, Рис. 3.11. Г)онсрсчныс сечения трактов охлаждения при различ- ных видах оребрення; о — тракт оклаждения с прадалзиыми фрезеронанвыми ребрамн; б— тракт оклаждения с гофрлровавными простенками; в — тракт охлаждения трубчатОЙ камерен г — тракт охлаждения с фрезерованнымн внятовыми ребрами Эквивалентный диаметр тракта охлаждения трубчатой камеры (рис. 311,в) равен эквивалентнодгу диаметру одной трубки. Повышение интенсивности теплоотдачи при наличии оребрения, т. е, возрастание о вследствие увеличения площади теплоотдающей поверхности, учитывается поправочным коэффициентом )е,р (коэффицпентом эффективности оребрения), так что (3.43) ж.ор Еор ж1 где а,р — коэффициент тсплоотдачи при наличии оребре- ния; а — коэффициент теплоотдачи, вычисляемый по фор- муле (3,40) или (3,41).
ВЕЛИЧгаиа Мор НЕ ПРОПОРЦИОНадниа ПРИРОСТУ ПЛОЩаДП теплоотдающей поверхности, так как температура ребра тв 17о по высоте уменьшается вследствие отвода тепла от его праней. Зависимости для определения величины Ь,р обычно устанавливаются при рассмотрении теплоотдачи только от самой стенки и от боковых граней ребер (софр), так как вершины последних и рубашка камеры имеют температуру, почти не отличающуюся от Т„.
Формулы для вычисления Ьор имеют следующий вид; — для камеры, оребрсииой фрезерованием огневой стенки, (3.44) — для камеры, оребренной с помощью гофрированных проставок, (3.45) где а — шаг ребер нлн гофр (рис. 3.11); е — ширина одного канала по среднему диаметру; Ь и Ь, — высота ребер (гофр); н Г'2е т= ~~ — — "„— — для ребер; г >,„ь, тд 2 т = у — — для гофр; ~г г Хр, й„ор, 3, — коэффициенты теплопроводности материала и толщины ребер и гофр соответственно; 1)т(тЬ) и Й(тЬ,) — гиперболический тангенс от аргументов тЬ и тЬб а — коэффициент теплоотдачи при отсутствии оребрения, вычисляемый по формуле (3.40) или (3.41). Таким образом, удельный тепловой поток от стенки к жидкости при наличии оребрения равен с7 ="ж.ор (Г„., — Т„) = Ьорнн (7 н.с — Т„) (3,4б) Теплоотдача при поверхностном кипении жидкости в тракте охлаждения Если тепловые натокп пв велики, то температура наружной поверхности огневой стенки и при наружном охлаждении может превысить Т, †температу кипения ' жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
