Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 36
Текст из файла (страница 36)
42), овре- делясм значения да для наждого участка (строка 2!). 5 Определяем суммарные тепловые потоки из=гул+ и» Зна:еш я аз приведены в строке 22. Изменение дз по длине камеры н сопла показана на рнс 4. 42. 6 Провсрясм достаточность количества охладителя. Считаем температуру входа рашшй 950'С (323'К). Тогда по формуле 4. 22! температура выхода охладителя втуз,аЕг 867,6 Тэых= +Тэх= .
+50=194 С(467'К) ссгО . ' 0 565 10 65 с Тээ.. СТ,. 7. Определяем подогрев охладителя н среднюю температуру его на каждом участке (строки 23 — 27). Находим степень черноты газа в камере сгорания в„. По графику рис. 4. 2! при У'э=3070 К и ру! 01=3,5 степень чеРноты НзО пРи Рэ=! бУдет есн,0=0147. Определив по графику рис. 4.22 показатель степени л=1+йи,о рн,о =402 по формуле (4. 187) или графикам рис. 4. 23 находим ви о — степень черноты НэО прн параметрах работы камеры: ен,о =1 (! — зэн,о ) = ! — (! — 0 147)э с'=О 471.
Степень черноты СОэ по графику рис. 4. 24 при Та=3070'К равна есо =0,0525. ЗнаЯ ен о и есо по фоРмУле (4.186) находим степень чеРноты пРодУктов сгорания в камере: " =- 'н о + 'со эн о ' со. =. 0,471 + 0,0525 — 0,471 0,0525 == 0,499, С штая степень черноты стенки е, =0,8, по формуле (4. 188), определяем эффективную степень черноты стенки: эсгэе = — 'ст (1 + (1 — 'с ~И! — эг)) =- 0,8 ( ! + (! — 0,8)(! — 0,499)) = 0,88, Таь кзк стенки камеры имеют наружное охлаждение, пренебрегаем вторым членом в формуле (4. 184) и определяем величину лучистого теплового потока в камере сгорания ра, по (4.
185); 8. Огределяем коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости с учетом оребреяия и р (строки 28 — 40). Комплекс лр и коэффициент теплопроводиостп гофров Л, определялись в допущении, что температура жидкостной стенки постоянна и раааа 29(гС (473'К). Такое допущение ие влияет существенно иа значение 36 и 5 п соотвегствеяио на ам и ам р, так как в области изменения Тм „(строка 42), Рг,;,к и тем более Р, пропорциональное (Ргм,„) э", а также $, пропорциональное (Лэ) з', измеяяются очень иезиачптельио. Таким образом, по вспомогательным графикам рпс. 4. 25 яли по формулам (4. 195) и (4. 198) Ей=сопя(=0044, и по графику рис. 4.
41 Лс= =60 ккпл!мч град иа всех участках. В данном примере ухудшение зиачеиич 11р за счет увеличеиия термического сопротивления в местах припоя гофр ие учитывается. 9. Определяем температуру жидкостиой стенки по формуле (4. 223) (строки 41 — 42) . 1О. Определяем температуру газовой степки, получающуюся при эадаииых условиях охлаждения (строки 43 — 46). 11. Сопоставление полученной Т, кэ (строка 46) и заданной (строка 18) показы. вает, что расхождение между ними ие превышает 5з(г, поэтому расчет считаем окончательиым.
4. 13. НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ СЛУЧАИ ОХЛА)КДЕНИЯ ЖРД Рассмотрим особенности радиационного охлаждения ЖРД, охлаждения низкокипящпми компонентами и охлаждения ЖРД, имеющего сопло с центральным телом. Радиационное охлаждение Выше, в 9 4. 2, как один из способов охлаждения ЖРД рассмотрено радиационное охлаждение. Такое охлаждение может быть целесообразным для ЖРД с большой степенью уширения сопла и большим временем работы (при сравните.пьно небольшом времени работы бывает рациональней абляциоиное охлаждение). Радиационное охлаждение может применяться в тех двигателях, которые устанавливаются на внешней поверхности летательного аппарата.
Основной задачей расчета радиационного охлаждения является определение значения равновесной температуры стенки Т„р. Определение Т„р при радиационном охлаждении В общем случае при радиационном охлаждении имеет место слебуюший баланс тепловых потоков (рис. 4. 43): 0к ~ цл=0кк+цкя (4. 227) где д, и дл — конвективный и лучистый потоки в стенку камеры двигателя; 4,л и а,„— конвективный и лУчистый потоки в окРУжающУю сРедУ, Уравнение (4. 227) и является основным уравнением для определе- ния равновесной температуры стенки Т„р. Входящие в него величины тепловых потоков определяются следую- щим образом.
Конвективные тепловые потоки от газов к стенке и от стенки в окружающую среду соответственно равны: ак =а„(Т фОО 7 ° )1 пик=а (Т„'— Т„), где Тьсо — так же, как и в предыдущих расчетах, определяется из уравнения (4. 27) при соотношении компонентов у„в пристеночном слое (если таковой имеется) или в ядре потока.
Коэффициенты конвективной теплоотдачи от газов к стенке и от стенки в окружающую среду а, и а определяются известными формулами теплопередачи, взятыми применительно к данным условиям тепло- обмена. 185 Ч~ 7 эзсо Тг. сс В первом приближении при дальнейших расчетах можно считать а, ие зависящим от температуры стенки.
Прп работе двигателя в условиях пустоты, очевидно, а и, соответственно, О„равны нулю. Ок (% Величина лучистого теплового потока дл определяется уравнением (4. 184) или приближенно уравнениями (4. 182) и (4. 183) с заме- 1~ ной Т„термодинамической температурой продуктов сгорания в ядре потока Т,„а Т„„— к л)1 равновесной температурой Т„,с. При этом дп может быть направлено как от газа к стенке, 1- так и обратно. Величина лучистого теплового потока в окружающуго среду определяется уравне- нием (4.
230) Рис. 4. 43. К расчет) !санационного охлаж- дения Чл я= зствс (4. 231) где а„— степень черноты материала стенки; Т', — наружная равновесная температура стенки. С достаточной степенью точности можно считать Тст.р= Тс.с и = Те ст. Подставляя развернутые выражения тепловых потоков в уравнение (4. 227) и решая его, определяем для различных участков сопла значения равновесной температуры стенки Т„р.
Зная наибольшую температуру стенки, допустимую для данного материала, можно найти сечение, начи ная с которого сопловую часть можно выполнить без специального охла'кдения. Пример расчета равновесной температуры стенки О п р е д е л п т ь равновесную температуру стенки сопла ЖРД, изготовленного из хромонпкелсзого сплава. Параметры ЖРД, определяющие тсплообмен в заданном ссчс~ пп, следующие.
Да во: диаметр сопла В=0,5 м; аффективная температура торможения в пристеночиом слое Таею=1800'К1 нозффициент теплоотдачи а„=250 ккал/мз ч град 1291 втгмсград); ос=О (теплоотдача в пустоту). Термодинамичсская температура ядра потока Т„,=1000'К; парциальные давления НзО и СОа равны: рн о -— — 0,08 кГ(гмт (7,85 кн|мт), рсо -- 0,02 кГ смз (1,96 нн(мВ. Р ею си и е. Выразнм значения тепловых потоков, входящих в уравнение (4. 227), через равновесную температуру стенки Т„р, для чего определим входящие в выражение (4.184) е„,а и е„.
Длину пути луча определяем как для цилиндрической оболочки бесконечной длины; 1 = 0,9(з =- 0,9.0,5 =- 0,45 м; (ри.о 1) =- 0 08'0 45 =. О 036' (р„() = 0,02.0,45 =- 0,009. 186 В частном случае, когда из расчета охлаждения ЖРД уже известны значения д, при какой-либо заданной Т,,„ на данном участке сопла, и, можно определить по формуле Определим тн о и ссо . По графикам рис. 4. 21 и 4. 22 при Тек = !000' К оно — — О 07; и=!+й 0)тн, 1, Гогда 'н о = ! (1 'он о)'= — 1 — (1 — 0,07)»0,07. По графику рис.
4. 24 есо —— 0,055. По формуле (4. 186) определяем е, сг = сн О + ссо — сн отсо — — О 07+ О 055 — О 07 О 055 = 0,121. Считая, что на внутренней стенке имеется сажа, степень черноты ее принимаем ест=0,8 Тогда по формуле (4.!88) »стаф = »ст [1 .+ (1 — тст)(1 — с,) [ = О, 8 [1 + (1 — О, 8)(1 — О, 121) [ == 0,94. Лучистый тепловой поток от продуктов сгорания к стенке определим по уравнению (4. 184), считая е»=Аы т)» = сст.тфсгсо [( ) — ( — ) ~ =- 0,558 [( — ) — ( ) ~. (4. 232) Знак р» (т. е, направление теплового потока) будет зависеть от соотношения между 7»с и Тст р. Конвективный тепловой поток т)» =- а, (Ттфао — Тст р) = 250 (!800 — Т „), (4. 233) Опрелелим лучистый тепловой поток от наружной стенки в окружающую среду.
Согласно табл ще 4. 3 степень черноты наружной стенни с,т =. 0,75 Считая Т„р одинаковой по толщине стенки, находим д»» по уравнению (4. 231) с)„м = т„со( — ) = 0,75 4,9 ~ — ) =3,67( ) . Подставив выражения для д», д» и г)»» в уравнение баланса (4.227), получим 3,67 ( 100 ) 2ой(!800 ! ст.р) + 0 558 [(100 ) ~ 100 ) (4. 234) ава 9,28 10 в ( — ) = 1,"— 0,0549( — ). Тст.р =- 1315'К. Для опенки величин тепловых потоков найдем д», д» и д» „.
По уравнениям (4. 232), (4. 233) и (4. 234) ту» = 0,558 [( — ) — ( — ) ~ =- — О, ! 1 10з ккал[мт ч ( — 0,128 10з вт)мт) [знак минус указывает на обратное (от стенки к газам) направление потока) д» = 250 (1800 — 1315) =. 1,21 10з ккал,'мсч (1,41 1Оз вт)мт; /13!514 Ч».„= 3,67( — ) = 1,1 10з ккалумзч(1,28.10звт/мз), (!Оо / Сопоставляя полученные результаты, мы видим, что в данном случае величина д» весьма незначительна по сравнению с д» и 4».» и равна примерно 10»сс ог лучистого теплопотока в окружающую среду. !87 Полученное уравнение удобнее всего решать графически. Построив зависимости правой ,Т„„ н левой части уравнения от ! ' ), находим искомое значение равновесной темпера- [ 100 ! ' гуры стенки (рис. 4.44): ог О,1 Т„ тг Рнс.
4. 44. К примеру определения равновесной температ1ры стенки Т„р Т '8 ооо О ТООа ЛОО ЛйОО 4Ойр Т„~н Рис. 4. 45. Зависимость равновесной тем. пературы стенки от Т,фее 188 Часто при радиационном охлаждении доля д может быть еще меньшей. Поэтому при прикидочных расчетах радиационного охлаждения можно пренебречь лучистым теплообменом от продуктов сгорания к стенке Если при этом также возможно пренебречь конвекцией в окружающую среду (при работе ЖРД в пустоте или очень разреженной среде), то уравнение (4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
