Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 35
Текст из файла (страница 35)
6, Если имеютсЯ данные по распределени1о д„для базового двигателя, то специальный расчет дн можно не проводить. 3. Задаемся распределением Т,„ по длине камеры двигателя и по формулам пересчета (см. 9 4. 7) определяем распределение дн. При этом в качестве исходных можно принять следующие значения Т,„: в критическом сечении сопла 1000 — 1300'К для жар«прочной стали, 700— 900'К для обычных конструкционных сталей и 500 — 700'К для стенок из меди пли ее сплавов; на выходе из сопла (в зависимости от степени расширения сопла) 400 — 700'К для стальных стенок и 300 — 600'К для медных. В камере сгорания и на входе в сопло Т„„на 20 — 40% ниже температуры стенки в критическом сечении.
Если нет никаких предварительных соображений о характере распределения Т,„по длине (данные сходных конструкций и т. д.), то в первом приближении распределение промежуточных значений Т,„ можно считать линейным. Однако, если значения Т, „ для сходных конструкций ЖРД известны, целесообразнее для первого приближения принять эти значения. 4. Определяем распределение лучистых тепловых по~оков ды по длине камеры и сопла (см, ~ 4,8). 5. Определяем суммарный удельный тепловой поток в стенки камеры двигателя Я 4. 1); с!х !!в+ !7~" 6.
Проверяем достаточность расхода охладителя для снятия тепла, поступающего в стенки камеры двигателя. При стационарном режиме охлаждения все тепло, поступающее в стенки камеры двигателя, идет на нагревание охладителя. Уравнение баланса тепла ~ !ух!а~! сср~вхх (Твых 7 вх) (4. 220) где !7х, и а!".! — сУммаРный тепловой поток н площадь повеРхности стенки р-го участка камеры двигателя; хх,„,— расход охладителя; Т и Т, — температуры входа и выхода охладителя; с, — средняя теплоемкость охладителя, взятая при температуре т (Твх Твых) х с Р где с! — средняя теплоемкость охладителя на !'-м — участке, Отсюда да!аР! 7 вых.х + 7 вх ! с!С!схх (4. 223) Температуру охладителя на участке Т,! определяем как среднюю: Твч = (4. 224) 8. Определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости на каждом участке. (Порядок определения коэффициента теплоотдачи ; со Из равенства (4.
220) определяем ~чз~ дх аР! Т,ых= ' +Т„. (4. 221) ссрбс, Температуру входа охладителя Т„считаем равной наибольшей возможной температуре окружающей среды, при которой предполагается эксплуатация ЖРД (например, +50'С). Достаточность количества охладителя определяется условием Т,ы,(Т„где Т, — температура кипения охладителя при давлении на выходе из охлаждающего тракта. Если Т,, больше Т„то необходимо либо охлаждать двумя компонентами по схеме рис. 4.4, либо уменьшить суммарный тепловой поток в стенку дх путем усиления внутреннего охлаждения. 7. Определяем подогрев охладителя и среднюю температуру охладителя на каждом участке.
При известной температуре входа охладителя подогрев его определяется из уравнения баланса тепла на участке (4. 222) а; агнр или а,р длЯ Различных фоРм охлаждающего тРакта см, 9 4. 9 н $4.11), 9. Определяем температуру жидкостной стенки для каждого участка. Согласно уравнению (4, 191) Т,т= — +Т„, пж (4. 225) где аж — коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости, определенный для данной формы охлаждающего тракта, т, е, ащ, а р или ащ тр. О 400 500 600 700 ВОО 6'С Рис. 4.4!.
Теплопроводиость металлов: 1 — серебро 99,9%; 2 — медь 999%;  — молибден 4 — вольфрам; В-ниобии;  — никель; 7, В, 9 — конструкиионные стали; гв 11 — нержавеющие стали; 12 — титан 1О, ОПрЕдЕЛяЕМ 7ЕЫПЕратуру ГаЗОВОй СТЕНКИ Т„с, Согласно уравнению теплопроводности г т)д = — '(Т„„— Т „), ст откуда пгбст Тт.ст + Тж.ст а где й„— толщина внутренней стенки камеры сгорания и сопла; (4. 225) 181 ~ мвграу 416,7 407 П 395,4 звз,в 372, 2 360 34В, 327,3 Згд 314,0 1744 мг,в 151, г 139,6 гг79 116З М4,6 9304 Вггп 6979 56 15 465г 34,69 232 1163 0 керл и еис грив 360 35 34 ЗЗ зг 310 30 29 26 270 150 мп 1ЗП 120 нп 100 90 ВО 70 60 50 40 30 2П 10 ),— теплопроводность материала стенки при средней температуре стенки. Т уг.с»+ уж.с" ср жж Значения теплопроводности для различных металлов приведены на рпс.
4.4!. !1. Проверяем совпадение заданной температуры газовой стенки с Т„„, полученной по формуле (4.226). Если расхождение значений Т, „ более чем на 5%, задаемся новым распределением Т,„промежуточным между заданным в первом приближении и полученным (но наиболее близким к последнему) и расчет, начиная с п. 3, проводим снова.
Если значение Т„, на каком-либо участке превышает максимально допустимое для данного материала, необходимо либо уменьшить толщину стенки, либо улучшить теплосъем от стенки к жидкости. Если зто невозможно, необходимо уменьшить тепловые потоки !)я за счет усиления внутреннего охлаждения. Пример расчета охлаждения Произвести п р о в е р о ч н ы й расчет охлаждения камеры двигателя, работающей на ломпонентах (80тс Н)(Ос+20% ХзО») и топке 250. 1 а п о давление в камере сгорания рс=65 кГ/см' (6,37 Мн/ме); температура бо 37 35 в камере сгорания Тс= 3070' К; расходы компонентов Пз =48 кг/сек; т= — =-— 0» 1О.бо =3,5; диаметр камеры сгорания Пр =240 мм; диаметр критического сечения Пи𠆆= 12" мм; диаметр выходного сечения П»=439 мм; длина цилиндрической части камеры сгорания 5„=276 мм. Контур камеры сгорания и профилированного сопла приведен на рис.
4.42. Наоужнос охлаждение — горючим; у внутренней стенки камеры двигателя соответствующим расположением форсунок на головке создан пристеночный слой с соотношением компонентов т„= 1,943; толщина пристеночного слоя равна шагу между форсунками //=-1 з и. Охлаждающий тракт выполнен с гофрами; число ребер гофр — хч; оио перемени» по длине и на участках принято следующим: 3, 4, 5, 6 Та участка 7, 8, 9 10, 11, 12 13, 14 Чнссо ребер гофр гч 320 200 550 600 320 380 182 Высота зазора охлаждающего тракта Ь„з и толщйны внутренней оболочки Ь„ и гофров Ь постоянны и равны: бсср=3 мм; Ьс»=1 мм; Ь=04 мм.
Внутренняя оболочка выполнена из нержавеющей стали, гофры — из конструкннонной стали. Из термодинамического расчета известны также необходимые для расчета »/р парннальные давления: ри 0=22,4 кГ/сри (2,2 Мн/м'); рсо =7,7 кГ,'см' (0,75 Мн/зр). Рею ение. Расчет охлаждения производим в порядке, из.чоженном выше; все хенныс расиста сведены в табл. 4.4. 1. Разбиваем камеру сгорания и сопла по длине на !4 участков, как показано са рнс 4.42 Лля )ирощеиия расчета не будем выделять в отдельные участки места стыка гофров. По чертежу контура определяем для каждого участка необходимые для дальнейшего расчета средние значения внутреннего диаметра П, косинус угла наклона кон. гура сгз у, расстояние от эффективного фронта пламени х» ° длину участка пс оси Лх» и вьшнсл »ем безразмерныс значения В и ах» (строки 1 — 6, табл.
4. 4). '2. Задаемся постояной по длине температурой газовой стенки Т, „=700' К и в по. рядке, изноя;енчом в й !.6, определяем для каждого участка значения конвектинного теплового потока иксы (строки 7 †!7). Необходимые прп расчете значения Т есс, /7 сг »р ср, 1»сер» для нашего топлива при т„= 1,943 определяем по графикам рис 4.16: Тс(,со = 1800 К, откуда Тс-„ = '* =- 0,389; тсф /7 =49,! кГ ° м/кг град (482 дх/кг град); ср»е ср 0,51 ккал/кг ° град (2,135 ° 10' дж/кг град); р~еи» 10»=6,0 кГ сгк/мр (58,9 и сек/мт). Значение Яе, вычисляем по формуле (4.
159): 1(ем=4,94 1Оз (если для какого-либо соплива вспомогательных графиков не имеетсн, уназанные величины можно рассчитать з порядке, приведенном в 9 4,6). 3. Задаемся распределением Тг „по длине и по формулам пересчета определяем действительные значения конвективных тепловых потоков ок (строки 18 — 20). Изменение йк по длине камеры и сопла показано на рис. 4. 42. 8,304 Ю 141 5,5 '5 45гу 2525 Эфф ф пла Рис. 4. 42. К примеру расчета охлаждения 4. Определясм лучистые тепловые потоки оз. Находим йл „в камере сгорания без учета пристеночного слоя 276 Тзк как Е.к = — = — = 1.15, длина итти лучз будет раны Гзк 240 1=0,65 Г)„=0,65 0,240=0,!56 м. Тогда (рн о 1) = 22,4.
0,150 == 3,5; (Рсо1) =- Г,Т 0, 155 =-1,2. ,3070 Я дэч = э„ эаээсс ~ †) =- 0,88.0,499 4.9 ~ ) — ' ЬОО) — ~!ОО =1,9 ° 10з икал)лгтч (2,21 ° 1Ое зт'мт.) Определяем значение лучистого теплового потока в камере сгорания с учетом прпстено шгго слоя аа э „. Коэффициент ф, учитывающий уменьшение интенсивности пзлу чешш прп этом, по формуле (4. !90) равен уэ„— 2уу у.э — 2уу 240 — 2 15 уу„' ба' 240 Тогда по выражению (4. !89) дллсст =. 0 65вэст.эфгуэ.э == 0,65 0.78 0,88.1,9 10З = = 0,85 10в ккалlмтч (0,988 10з зт/мт). Определяем распределение дэ по длине камеры сгорания: около головки Рл.г.эг = г)л.к.ст — 0,2аэ.э.с =. 0,85 !ОЗ вЂ” 0,2 0,85 10З =-.
= 0,68 10е ккалгмтч (0,79 ° 10з вт(мт); 273 — 2 !5 -- 0,78 276 в критическом сечении аэ ч,.ст — О,бдэ „, == 0,5 0,85.10з == 0,425 1Оз ккалгмхг (0,494.10з вт,'мт): в с е э с н п и, где У)=2 5, гу эс„= 0,02!уэ з.с; =- 0,02 0,85 10с =- 0,017. 10з ккал)ма ч (0,0198 10з вгп!мэ), Вычертив график распределения да по длине камеры двигателя (см. рис 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
