Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 35
Текст из файла (страница 35)
рревании разлагаться с выделвнггем * гвпла или обра~зовьы вать отложения на огневой стенке, то ограничения по температуре жидкости па выходе и огневой стенке могут быть и более жесткими, чем в условиях (3.50) и (3.5!). В частности, могут нак.чадываться ограничения и по Т„, Среди указанных условий наиболее валеным обычно является первое. Следовательно, 7'„с является таким параметром, по которому в первунз очередь судят о надежности работы системы охлаждения. И только при охлаждении камеры компонентами топлива, способными к тсрмц некому рачло кению с выделением тепла, образовиншо старений и т.
и., лимитиругощим параметром становится 7и с (или 7я, „мх). Величину Т,, и влияние на нее различных факторов можно установить, рассмотрев систему уравнений, описывающих стационарный процесс теплопередачи от продуктов сгорания через стенку к охлаждающей жидкости. Так как вэтом случае тепловой поток, поступающий в стенку, равен тепло« вожу потоку, проходящему через стенку, и тепловому потоку, отводим 1му от стопки охладнтслем, указанная система уравнений имеет следуюп~пй вцд; Тх=-и,(т, Т,,)-, 7л; (3.53) (3.54) г7,=--х (Т„, . -Т„). (3.55) Полагая основные размеры кггхгеры (г(к, с(„р, гга и т.
д.) иэвеспнымп "' и опираясь на яыводы, установленные прч изучении отдельных этапов тснлопсрсда~ш, выясним влияние " Термически нестойкий охладитслл, разлагающийся с поглощением тепла, но нс образующий отложении в тракте охлаждения, наоборот, облегчает охлаждение стенок. '* Посколлку о1ш определяются заданными величинами тяги и значениями параметров внутрикаиерного процесса (сн. главу !Н).
185 иа Т,, (и попутно иа Т„„и Т ) основных конструктивных и режичных парамегров качеры. Причем, анализируя влияние очного из факторов, остальные (по возчожиости) будсч полагать непзчениычп, Влияние расхода топлива (давления в камере). !)ра форсировании режима работы камеры увеличением расхода топлива (повыи!опием давления) велим!на да, как известно, возрасгасг пропорционально гу",.а' (или лоаг), С гоэра. стзнием д, повышаегся Т„с и Ти е (в соответствии с урав- нениями (3.54) и (3.55), поскольку а Т Т„, =- Т. + .'.— (3.56) Т,, =- Т„, -! д,—,' .
(3,5?) ))р сад Р Пояьшгвние Т„с согласно урав- не нию (3.53) несколько снизит знание. злз. !Вмсвсиас т„,, ченис д, Однако это снижение не Г" ' " Т ' оогсаов'"си'"с может скомпенсировать увеличствеаиисиием расхода топлива (иовмтаеиисм хавас- ние да, вызванное повышением иии в камере) расхода топлива.
В резучьтате новое стационарное распределение температуры в поперечноч сечении камеры установится прп бблыппх значениях Т,, и Ти с (и ббльшем значении да), чем до повышения расхода топлива (илн ри). Значение Т„о наоборот, несколько снизится вследствие увеличения расхода охладитсля (сели камера охлаждается компонентом топлива). На рис. 3.!3 новое распределение температуры (соответству!оШее повышенному расходу топлива) показано пунктиром.
Поскольку основное значение для надежной работы стенок и.чеет условис (3.50), при форсировании камеры ее охлаждение загрудняется вследствие повышения Тв с. Однако трудности в обсспсчении условий надежного охлаждения могут возникнуть также и при дросселировании камеры. Последнее имеет место, например, при переводе двигателя иа режим конечной ступени. В этом случае из-за снижения расхода топлива уменьшается д„но одновременно снижается и расход охладителя.
Л так как плошадь проходного сечения потока остается прежней, то скорость охладителя и значение аж уменьшаются. При этом Т„, возрастает, условие (3.5!) может не удовлетвориться и стенка — прогореть. При дрогселпровании камеры огневая стоика может прогореть также и вследс|вие того, что гнпъенпе расхода топлива сопровождается падением давления в тракте охлаждения, (86 Действптельно, если до дросселировання охлаждение сте- нок ос) Шествлятось в режитте )ток,))ткр, го ттрн дросселиро- вании р.кт может стать меньше рк„и жидкость в тракте охлаждения закипит во всем объеме, что приведет к невы- полнению условия надежного охлаждения (3.51), Поэтому поверочный расчет охлаждения стенок необходимо прово- дить на всех длительных режимах работы камеры. Влияние природы топлива.
Влияние природы топлива на параметры теплопередачи весьма ело кно. От этого фактора, с одной стороны, зависят темпе)татура и физические свойства пр~тдуктов сгорания, определяютттт1е величину т?е (ем, й 3,2 и 3.:1). С дружа стороны, компонент (и.1и компоненты) 1оплива учасгвуст в наружном проточном охла- Г жденнп, оказывая.
влияние на коэффициент теплоотдачи а„< (си. ~ 3.4). Опыт отрабогки ЖРД показал, чтэ ))дар ктп Прсааршру!С)иттес НЛИянив На Тк Сеараних оказывает темттврп.тура продуктов сгорания Как правило, при игпользовзнии более калорийных топлив проблема надежного охлаждения стенок решается значительно труднее и требует применения внутреннего охлаждония. Влияние параметров наружного охлаждении. К ним относятся расход охлздптели н его физические свойства, скорость движения жидкости в тракте охлаждения, величина зазора между огневой стенкой и ру- башкой камеры, а также оребрение и его вид.
Влияние всех этих факторов концентрируется в величине коэффициента теплоотдачи ано Согласно соотношениям (3.56) и (3.5?) при прочих рав- ных условиях возрастание ан, уменьшает ?н.с и Т,, Но при снижении Т, с в соответствии с формулой (3.53) несколько увеличится т?., что вызовет небольшое повышение Т,, и Тн,, Однако это увеличение не в состоянии скомпенсировать снижения Т,, и Т„„, произошедшего вследствие увеличения а~то В результате новое распределение температуры, отвечаю- гцее повышенному значению ано установится при меньших значениях Т,, и Т„„но прп несколько ббльшем значении Т„, (последнее обусловлено увеличением т?в). Нн рис.
3.14 новое распределение температуры, обусловленное повыше- нием интенсивности теплоотдачи от стенки к жидкости, по- казано пунктиром, Поскольку зависимость аа ог параметров наружного охлаждения уже установлена ($3.4), нетрудно теперь Рис. Зд4. Иниененне Т... Тк, и Т,„, ооу ловленное повмжениеи интен инно сти тепноотдвчи от стен кн к ткизкости определить влияние на ?',,, каждого из ~нх в огдельност1и. Так, на рис. 3.1ч показано влияние па Т, „, Т,, и Та, скорости движения охладителя (новое распределение температуры отвечает повышенному значению ш~), величины зазора между огневой стенкой и рубашкой камеры (иовое распределение температуры соответствует уменьшенному значению Л), эффективности оребрения (новое распределение тем.
пературы отвечает оребренной стенке или при сравнении видов оребрения оребрению с оольшим значением ?г„в) н т. д. Влияние физических свойств материала огневой стенки. Нз всех физических свойств мгггсрпнлн оыгенои стенки па параметры теплоперсдачи, в том числе и нн ?',, наибольшее влияние оказывает кюффициенг тсплопроводностн ?,и.
11з соотношения (3.57) видно, что прп одних и тех же значениях Ти с. г?,. и а величина Тв с будет тем меньше, чем больше йм. ??раг?уклтм С уменьшением Тв, в соответствии с сгараииа у~равнениевг (3.53) возрастет г?„что вызовет нокоторос повышение Т,, ' Тем не менее новый стационарный ре- Рис.
З,Ш. Изменение жим твплопередачи, соответствующий Т. с. Т„,. И Т„,. Оауеааа- бОЛЬШЕМу ЗНаЧЕНИЮ ?,М, УСтаНОВИтСя ленное увеличением при меньшей Тс с Весьма существенксэффиниенга тенлонро- ным н этом случае является то, водности материала сгне. что с повышением ?и уменьшится градиент телгпературы по нормали к поверхности стенки, что вызовет значительное увеличение Ти,. Одновременно вследствие возрастания г?в повысится и температура жидкости ?' . Таким образом, с увеличением ?и температура внутренней поверхности огневой стенки понизится, а Тн с и Т возрастут.
Новое распределение температуры по сечению камеры, отвечающее большему значению ).и, па рис. 3.15 показано пунктиром. Видно, что вэтом случае линии изменения температуры по толщине стенки пересекаются. Следовательно, для того чтооы уменьшить Т, „ огневую стенку необходимо выполнять из материалов с высокой теплопроводностью, а длн того чтобы снизить Т„,,— наоборот, из материалов с низким ?и. В зависимости от того, какая из этих температур является определяющей для надежного охлаждения огневой стенки, последняя и должна изготавливаться нз материала с соответствующим значением ?.аь Обычно более трудная задача — обеспечить условие (3.50), поэтому для огневой стенки чаше требуготся материалы с высоким значением коэффициента теплопроводности. К сожалению, такие материалы, как правило, обладают худгпими характеристиками прочности и высокой стоимостью.
188 Влияние толщины огневой стенки, жзк следуе~ из соотношений (3.57) и (3.53), при прочих раьных ) словнях с уменьшением толщины огневой стенки о температура ее внутренней поверхности Т,, понижается, а тепловой поток е)т несколько увеличивается. Пря этом согласно уравнениям (3.57) и (З,бб) уменьшение В сопровождается повышением Ти, и Т ., Таким образом, при уменьшении В новый стационарный режим теплопередачи устанавливается прп меньшей 'Г„с, но несколько ббльших Чх, Ти о и Тио Поскольку снижение Т, с является основной заднчей при оргннизации защиты стенок кььмсры, огневую стенку целесообразно изготовлять толщиной, минимально допустимой услонпямп прочности.
Прн упглпчгнчн лье о величина Гв о резко возращает и бьн три дос~игаег яр~дельно допустимого значения. Поэтому прн наруж. ном охлаждений огневую стенку нельзя сделать более проч. ной увеличением се толщины. Если же лимитирующим параметром становится '" Т„„то для повышения надежности охлаждения прибегают к нанссеншо на внутреннюю (обращенную к газу) поверхность огневой стенки покрытия с высокой температурой плавления и низкой теплопроводностью. При этом Т, „, повышается, но удельный тепловой поток еув (н соответственно Т„,) сни-.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
