Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 34
Текст из файла (страница 34)
В этом случае у стенки (в пограничном слое) начнется про- и Соответствующую давлению жидкости в тракте окаажлеаин. 180 цесс парообразования, несмотря на то что основная масса жидкости в ядре потока будет еще иметь ~смпературу, значительно меньшую, чем Т, Характер такого поверхностного кипения зависит от разности Т,,— Т„которая в свою очередь зависит от суз.
При кипении жидкосмс в тракте охла. ждения параметры теплопереда ш будут совсем иными, чем при охлаждении стенки однофазной жидкостью. Рассмотрим, как изменяется Тв, и коэффициент тепло- отдачи аж при постоянной скорости движения жидкости в тракте охлаждения и постепенном увеличении су (рис. 3.12). тес сев й*д Чв мвнс чав эх Рнс.
ЗЛ2. Изменение е,з н Те с в зависимости от вели- чины Ч В области тсплообмена без кипения аа, изменяется слабо, поэтому с увеличением Чс температура наружной поверхности стенки будет возрастать приблизительно пропорционально дс до тех пор, пока не превысит Т. на небольшую величину ТзТв в,веса (порядка !Π— 30'). Этому значению Т,, соответствует тепловой поток д,„,н„ т.' е. максимальная величина су„ при которой еще сохраняется характер рассмотренной выше теплоотдачп без кипения.
При дальнейШем повышении суз(Чв>д„,н,ае) настУпает Режим теплоотдачи при так называемом пузырьковом кипении жидкости. В этом случае на наружной поверхности огневой стенки непрерывно образуются маленькие пузырьки пара охладителя, которые тут же смываются потоком жндкости и, попадая в относительно холодное ядро потока, конденсируются. С возрастанием стс частота образования и последующей конденсации пузырьков увеличивается. Пузырьки пара, отлетая от стенки, усиливают турбулентность потока и выталкивают 131 перегретую жидкость из погранп ~ного слоя в ядро.
Благодаря этому интенсивность теплоотдачи резко (в несколько раз) увеличивается. Основной показатель этой интенсивности — коэффициент теплоотдачи я;„— начинает расти приблизительно пропорционально Ч,, а температура стенки почти перестает изменяться (Т„, увеличивается, но очень слабо). Тзк продолжается до тех пор, пока де не достигнет велп|шны д„р и соответственно разность ЛТ=Т„„— Т,, зна ~снпя ЛТ„.р=ЗОч 60' Число пузырьков пара на наружной поверхности стснки становится прп этом таким большим, что онп пс успевают эвакуироваться пз пограничного слоя и, сливаясь, образу1от сплошн)ю паровую пленку, отдсляюпгую жидкость от стенки, С этого момента наступасг пленочный режим поверхностного кипения жидкости и соответственно изменяется характер теплоотдачп.
Вследствие большого термического сопротивления паровой плени«(теплопроводносзь пара существенно ниже тсплопроводности жидкости) интенсивность т~ плоотда ш (т. е. а,;) резко падает, а Т„;, наобо. рот, рыки возрагтист, что почти всегда сопровождается Ерогаром ггспки. !аким образом, напболыпий эффект от применения наружного охлаждения соответствует теплоотда ю в режиме пузырькового кипения, так как в этом случае повышение виген. сивностп охлаждения огневой стенки достигается бет увеличения скорости движения жидкости и связанного с ним уве.
лпчения перепада давления втракте охлаждения. Однако при использовании такого режима работы наружного охлаждения всегда существует реальная опасность наступления кризиса теплоотдачи, т. е. срыва пузырькового кипения в пленочное. Для того чтобы повысить надежность ЖРД, режим пузырькового кипения жидкости в тракте охлаждения, как правило, не допускается, т.
е. обычно стенки охлаждаются только однофазной жидкостью. Иногда наружное охлаждение осуществляется и при пузырьковом кипении жидкости. В этом случае рзбота системы охлаждения должна тщательно проверяться как расчетом, так и огневыми пспыганпямп камер. Поскольку критические параметры теплоотдачи прп кипении д,,р п ЛТ,.р являются верхним пределом допустимых значений удельных тепловых потоков г)х и температурных напоров, прп расчете системы охлаждения необходимо иметь зависимости для определения этих величин, в особенности для дкр. Значение г(,р зависит от свойств жидкости, давления в тракте охлаждения, скорости потока, величины недогрева жидкости до температуры кипения и других факторов. Исследованием теплоотдачп при поверхностном кипении жидкости занималпсь многие авторы.
Однако для условий, сход 182 ных с угловиячи в камере ЖРД, надежные формулы для ра чета дмр, учитывающие влияние всех укаэанных выше факторов, еще не установлены. Поэтому рассмотрим приближенный метод расчета д„р. По результатам экспериментальных данных по теплоотдаче к различным жидкостям при поверхностном кипении в условиях, близких к условиям в тракте охлаждения камер ЖРД, получена след)юшая зависимость между величинами Чак.макс и Чмр (33, 41): су,р ----.
7ж „„, ~0,344+ 1,08 ~ -+ 1,42 ( Р Ц, (3,47) где р — давление жидкости в тракте охлаждения; Гкр — кРитическое давление этой жпд«ости. Входящая в эту формулу величина с)ж „„.„, рассчитывается по формуле Ньютона саам макс ~ж. макс (Тъ. с 7 ж) в которой м .ма„определяется по одной из формул (3.40) нли (3,41) при значении Т„, „равном Т,+ (1Π—:30'). Найденное по формуле (3.47) значение дмр умножается на коэффициент запаса 0,7 и сравнивается со значением удельного теплового потока с1а. Условие, прн котором процесс протекает в области устойчивого пузырькового кипения, определяется неравенством (3,48) Чж, ммсс ~ суа ~~ 0 7с7«р.
Заметим, что если это условие удовлетворяется, то температура наружной поверхности огневой стенки на участке пузырькового кипения без большой погрешности может быть принята равной Гм с '=. Та+ дТа р граса' Тс+ (10 —;30 ). Особенности теплоотдачи при сверхкритическом давлении жидкости в тракте охлаждения Г1рн высоком давлении в камере, охлаждаемой компонентом топлива, давление жидкости в межрубашечном пространстве может превысить критическое. В этом случае при любом значении Тм,, поверхностное кипение в тракте охлаждения становится невозможным.
Если при этом Тм,(Т„р — критической температуры охладителя, то теплоотдача к нему совер1пастся в условиях, обычных для однофазной жидкостр~, и коэффшгиент аж может быть определен по одной из формул (3.40) или (341). Если Гм с>Тмр, то у 183 стенки образуется' слой субстанции, свойства которой несколько отличаются от свойств охладителя при Ти,с<Тир. Для многих охладителей термическое сопротивление этого слоя понижается по сравнению со случаем Ти с(Тир и поэтому интенсивность теплоотдачи повышается (вследствие так называемого «псевдакипения», сопровождающегося дополнительной турбулнзацией потока), Но для некоторых охладителей (жидкий водород, жидкий аммиак) в случае Ти с)Ткв наблюдается снижение интенсивности теплообменз (уменьшение а ).
Указанные обстоятельства при расчете вж в случае Тя с>Тио можно приближенно учесть умножением правой части формулы (3.36) на величину отношения кинематпче~ких вязкостей охладителя, определенных при температурах Ти и Ти., т. е. Нз нели'шну (3.49) Для большинства охладптелей вж)в„и а=0,8. Следовая тельно, для них( —," ) 1 н коэффициент теплоотдачи повышается. Однако для жидкого водорода, например, п = в = — 0,5 и ( — ") с 1.
Поэтому расчет охлаждения при Ч вст Т„„)Ти, требует экспериментальных данных о величине и знаке показателя и. й з.з. услОВия ИАдежнОРО ОхлАждения стенОк кдатеРтм И ВЛИЯНИЕ НА НИХ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ 11адежная работа стенок охлаждземой камеры ЖРД достигается при соблюдении следукнцих условий, 1. Температура внутренней поверхности огневой стенки (Т,,) по всей длине камеры должна быть ниже предельно допустимой температуры (Т,р) для выбранного материала, т. е.
(3.50) Тв. с ( Твр 2. Температура охладителя в ядре потока на выходе из ЗНРУбаШЕЧНОГО ПРОСтрапетаа (Тж. вв!в) НЕ ДоджНа бЫТЬ ВЫШЕ его температуры кипения Т„соответствующей давленшо в тракте охлаждения, т, е. ~ж.ввж ' ~в (3.51) в Такие условия в камере ЖРД могут встретиться ари оллаждеиии стенок жидкостями с низкими зяачеииями рвв и т„,, (иааример, жид.
ким кислородом, жидким водороаом, вкидким аммиаком и т, а.), Это условие гарантирует отсутсгвие кипения во всем объеме жидкости в тракте охлаждения. Поверхностное кипение при этом допускается. 3, При наличии поверхностного кипения (Т„,>Та+ +ЛТп,р,п„„) локальный удельный тепловой поток во всех сечениях каморы должа~и оыть меньше локального критического теплового потока г)„р, умноженного на коэффициент запаса 0,7, т. и, < 0,7су,р. (3.52) Это условие гарантирует отсутствие кризиса теплоотдачп в тракте охлаждения (перехода пузырькового кипения жидкости в пленочное). Если охладитель термически нестоек и способен при на.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
