Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Расчеты показывают (рис. 4. 18), что в пристеночном слое температура Тэе очень близка к температуре недиссоциированного газа Ти, определенной также при условии постоянства полного теплосодержания; в области температур, имеющих обычно место в пристеночном слое (1700 — 2200'К), практически температуры Тевь Т„и Т совпадают. Исходя из этого в расчетах по определению конвективных теплогнх потоков при внутреннем охлаждении эффективную температуру горможения пристеночного слоя можно принимать равной температуре продуктов сгорания при данном т„пристеночного слоя. В зависимости от распределения т„по периметру камеры соответственно будет изменяться распределение температуры пристеночного моя н конвективных тепловых потоков по периметру камеры.
На рис. 4.!9 приведены графики, показывающие влияние изменения т„по периметру поперечного сечения камеры на величину конвективною теплового потока д„. Расчет охлаждения ЖРД, очевидно, следует вести при наиболее мжелых для стенки условиях. Это значит, что в случае завесы охлаждения с избытком горючего (пот<анара) расчетным значением ест должго быть наибольшее из его значений по периметру камеры двигателя. 153 При этом, очевидно, в местах с меньшими значениями рсэ конвективные ~епловые потоки и общий теплосъем с поверхности камеры и сойла ЖРД будут меньше, чем их расчетные значения, определенные при наибольшем (т.
е. наихудшем) значении р„. Но эта неточность пойдет как бы в запас надежности охлаждения камеры. Порядок расчета конвективных тепловых потоков Предположим, что нам известны геометрические контуры камеры сгорания и сопла. Известно также топливо и соотношение компонентов в ядре потока или в пристеночном слое (в случае если имеется пристеночный слой). Тогда расчет конвективных тепловых потоков можно проводить в следующем порядке: 1.
Разбиваем камеру и сопла по длине на отдельные участки. Сопловую часть в зависимости от степени расширения обычно разбивают на 12 — 20 участков. Камера сгорания разбивается на 3 — 4 участка по длине. Если же камера сгорания цилиндрической формы, то иногда всю часть камеры от эффективного фронта пламени до начала сужающейся части считают за один участок. Для каждого участка определяем средний безразмерный диаметр Р и средний угол наклона образующей у, которые для данного участка считаются неизменными.
2. Задаемся распределением температуры газовой стенки Т,,„по длине камеры и сопла ЖРД. Для упрощения расчетов обычно в первом приближении считают Т,„постоянной по длине камеры и сопла. При этом значение Т„„удобно брать средним между максимальна допускаемым материалом стенки значением Т„„и ожидаемым значением Т,„в камере или на срезе. Для стальных стенок среднее значение Т, „=600 —:800' К; для стенок из меди или сплавов на основе меди средняя Тэ.от=400 —:700' К Определив значения тепловых потоков при постоянной по длине Т,„, окончательные значения а, при заданном распределении Т„„по длине стенки определяем с помощью формулы пересчета (см.
5 4. 7). Если при расчете д„возникает необходимость сразу задаваться распределением Т„„по длине камеры, то значения и характер распределения Т, „в первом приближении выбираем согласно рекомендациям, изложенным ниже (см. 9 4. 12). 3. Определяем тэфээ (ээфэо срэф р и т(э. Порядок определения ука.
занных величин изложен выше. При наличии пристеночного слоя зна. ЧЕНИЯ Тэфэь (ЭЭфОО, Срэф эр Н )сэ берутся не для ядра потока, а для пара. метров продуктов сгорания при соотношении в пристеночном слое рээ Определив Т,фрм находим распределение по длине Т,,„=Тт.этlТэфээ Я необходимых для дальнейшего расчета вспомогательных величин йт, (эт и 1(агат Т20' . 4. По формуле (4. 159) 1 107 100 Рк~ РОО )сеоо —— (рэфсо'100))'т1ээТэфээ Дла изобаРической камеРы Роо=Р2, ДлЯ скоРостной камеРы сгоРаниЯ РОО Рэ 00 5. Рассчитываем величину гт по длине камеры и сопла.
По форму. ле (4. 146) ((000 1' т'(Р1 атЬтРК ) соэ т о 154 В расчете гт при цилиндрической камере сгорания используем формулу (4. 15! ): к, Кеее ] 0,142дк (' у(Д) т 2 1,2 ~ 0,8 + ) атвтР ~ ))„' ) 0087 -ткэм В приведенных формулах величины ЦатЬт к) ' и !())) находим по вспомогательным графикам (см. приложение 1, рис. 1. 1 — 1.4). 6. На вспомогательном графике (рис. 4. 17) находим изменение т)т=(!(гт) по длине камеры и сопла.
7. Зная трт, по формуле (4. 173) определяем для каждого участка 4»=450'108 Р (1 — )2)8 7»00сгг эфккТ»фаэ Ь вЂ” Тг.ст) вот ]т йкТ»фе0 Значение р(! — ре) находим по вспомогательному графику (см, приложение, рис. 1. 2). Определение конвективных тепловых потоков по критериальным уравнениям Как мы видим, расчет конвективных тепловых потоков на основе решения системы уравнений турбулентного пограничного слоя является весьма трудоемкой задачей.
Поэтому иногда для получения распределения удельных конвективных тепловых потоков по длине камеры дви1втеля используют критериальные формулы. Для определения т)„наиболее распространено применение критериальной формулы Гухмана — Илюхина 173]; !8)ц=0,0!62Ре0,82( 00 1 " ттг ст I После подстановки в эту формулу значений критериев получим следующую формулу для определения коэффициента теплоотдачи от газа в стенке (25]: О0,82 г Т т0,88 а„=74,3ср„(дР )' '8 — 00 ) ккал]282ч град (4,174) г.ст г 0,82 7 »0.88 или в системе СИ: аг=0,0206ср „рР;" — 282 ( " ) влг/мвград, г.ст едес „ккал)кг град (или дж]кг.град) иди„кl 128 сек(или Р„н.сек],м2) — теплоемкость и вязкость продуктов сгорания при температуре газовой стенки; 6 — расход топлива в кг/сек; 0 — диаметр участка в м; Твв'и Т, „ †температу торможения потока продуктов сгорания и температура газовой стенки в 'К.
Зная а„ удельные тепловые потоки определяем по формуле г),=аг(Тш — Тг „). Подробно порядок расчета г), по критериальным уравнениям и пример ввсчета изложены в работе 125]. 4. 7. ПЕРЕСЧЕТ КОИВЕКТИВИЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ Как видно из предыдущего, расчет конвективных тепловых потоков ввляется трудоемкой задачей. Поэтому значительно удобней методика 100 пересчета данных по конвективным тепловым потокам для известного нам «базового» двигателя на проектируемый.
Для получения формул пересчета найдем приближенную связь между 7„для двух геометрически подобных камер ЖРД, отличающихся размерами, давлением в камере, видом топлива, соотношением компонентов и температурой стенки. Рассмотрим выражение (4. 146). Для геометрически подобных двигателей в сходственных сечениях (т.
е. в се. ченнях, где 7) одинаковы) комплекс к, 1 ГУ Ф) — тстбт Б'==, ) — агХ = 1,2 ) ))Н соз у Неоо 1= 0 (4.175) будет иметь одинаковое значение. В формуле (4. 175) величина гт связана с фт зависимостью (4. !34). Приближенно '"т =15,8ат' 12 0,1З Подставляя сюда значение зт из формулы (4.!75), получим ,2 )с8 ОО гт ~, ( 2)а,зз (4.176) Подставляя выражение (4. 176) в равенство (4. 173) и заменяя Кеоо по формуле (4. 159), получим следующую зависимость для определения дн: Подставив это выражение в формулу (4.
176) и объединив постоянные множители в константу йь получим Р (1 — Зз)0 рф) ср эф.ср (Тэфоо — Тг.сг) (Нэфоо 100) ' (4.178) Сравнивая конвективные тепловые потоки «базового» (индекс 1) и гео. метрически подобного ему двигателя, получим для сходственных точек,з которых Р, а следовательно, и комплекс В одинаковы, следующее соот. ношение: Х Х вЂ” ф — ' (4 179) Введя в него обозначение -0,10 В— ср эф.ср (Тэф00 Тг.с") рэфзз (4.180) )э0,420 7 О, 175 Т0,20 н эф00 г.ст 106 З (1 — йз)зреесс эфср(Тэф00 — Тг.с )(атбт) ' (рэфОЗ 100) ' ()г РггТэфф1 ) ' ,=450.10' (4.177) Входящую в формулу (4. 177) величину атл)Ьтп можно приближенно представить в виде о, 12 Ъ1,10 Т вЂ” 0,20 ат )т получим формулу для пересчета тепловых потоков: (4.181) Величина 5 зависит от рода топлива, соотношения компонентов н температуры газовой стенки.
Для каждого топлива можно рассчитать вспомогательные графики изменения 5 в зависимости от Т„„и соот- ношения компонентов т. Для некоторых топлив такие графики приведе- ны иа рис. 4. 16 и в приложении П (рис, !1. 1 — П.б) . Формула (4. 18!) получена для геометрически подобных двигателей. Однако ее можно использовать также и для приближенных расчетов геометрически не подобных, но близких по форме двигателей. При этом значения д„и 5 для обоих двигателей необходимо брать в сечениях, где 3 одинаковы.
Формулу (4.181) удобно использовать также при необхо- ' димости пересчета тепловых потоков в одном и том же двигателе, но прн различных значениях Т,,„. В этом случае, так как р0, и .О,р остаются неизменными, формула пересчета имеет вид д„/д, = 5/5, 1 ! где д„ и 5' — значения при какой-то заданной температуре, 4.
8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛУЧИСТЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ д,н,о=3,5Рй',о! ' ~(,— "о) — ( —,"") ]; )„со.=3,8у' васо,! ~( — ") ' — ( — "") ' ~, (4.182) 157 Лучистый теплообмен в ЖРД В камере двигателя происходит излучение продуктов сгорания. Как известно, излучательная и поглощательная способность газов, входящих в состав продуктов сгорания, различна; наибольшей излучательвой и поглощательной способностью обладают многоатомные газы, в первую очередь, водяной пар НзО и углекислота СОъ Излучение н поглощение газов имеет следующие основные отличия от излучения и поглощения твердых тел. Твердые тела излучают и поглощают энергию всех длин волн от Х=б до Х=оо, а газы — только в определенных интервалах длин волн (так называемых полосах), различных для различных газов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
