Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Таким образом, лучистые тепловые потоки в сопле быстро снижаются по сравнению с КС и достигают минимальной величины в выходном сечении. Как показывают расчеты, если в камере сгорания лучистый поток соизмерим по величине с конвективным тепловым потоком, то уже в критическом сечении он составляет примерно 8 — 12% от этого потока, а в закритической части сопла — меньшую долю. Зта особенвость в распределении лучистых тепловых потоков по камере сгорания и соплу позволяет в большинстве случаев ограничиваться приближеннымн определениями в сопле, основное внимание обращают на вычисление лучистых тепловых потоков в самой КС. Т р е т ь я о с о б е н н о с т ь.
Вызывается определенной неоднородностью ПС по составу и температуре как в поперечном, так и в продольном направлениях. Как известно из анализа рабочего процесса, поток ПС в КС носит струйный характер, т. е. состоит из ряда параллельных струй, которые отличаются составом и температурой в соответствии с местным значением коэффициента соотношения компонентов к О С другой стороны„ возле головки располагается начальный участок, в котором протекают процессы горения и температура газов нарастает со сравнительно низкой у головки КС до максимальной в конце участка.
Отсюда в общем случае излучение ПС на стенку камеры будет складываться из излучения всех струй. Причем излучение каждой струи по пути частично поглощается в более холодных струях, прежде чем оно достигнет стенки. На начальном участке КС излучение, кроме того, будет сильно поглощаться каплями и парами.
Все это серьезно усложняет точный расчет лучистых тепловых потоков в камере и сопле ЖРД. Расчет лучистого теплового потока в ЖРД. В соответствии с вышесказанным расчет лучистых тепловых потоков в ЖРД, как правило, сводится к определению с достаточной точностью дл только на участке камеры сгорания с максимальной температурой ПС и соответственно максимальным лучистым потоком. Таким участком является вторая половина камеры сгорания и начало .входной части сопла. Лучистые потоки на начальном участке (возле головки) и в сопле, учитывая нх малое значение в общем тепловом балансе, определяются обычно приближенно исходя из значения д, в конце КС, которое принимается за основу.
Если в первом приближении предположить, что весьобъем камеры сгорания заполнен ПС с однородным составом н температурой Те, то лучистый тепловой поток э)л = ест. эф есСЕ ('7'е(100) . Зта формула получена из общего выражения (11.120). Дело в том, что ввиду сравнительно болыпой разницы между высокой температурой газов в камере сгорания Т„и температурой «холодной» по сравнению с ней стенки Т„последний член в (11.120) получается много меньше первого н нм без большой погрешности можно пренебречь. 400 тепень черноты стенки если пр А ииять „(Тст) =- ест.эф = естЯ1 (1 ест) (1 еМ * (11.122) где з„— степень черноты стенки. Иногда приближенно принимают ест.эф = (Ест + 1)'2 (11.123) Для стенок камеры сгорания ЖРД, р Ж Д, несколько загрязненных сариала стенки и состо ни ", можно принимать е„ж 0,8.
Более точно оиа з в тояния ее поверхности. а исит от мате- Степень черноты ПС Еэ,— Е +Š— Е Е т Соэ Н,О Н,О 'СО, (11.124 П он р введение ен,озсо,(1 учитывает уменьшение и т,+,,Е, ° . 4) способности и смеси газов Н,О и СО по авн НО СО аждого в отдельности. Зто в~же~~ что из-за селективного характер ызываегся тем, спе газов происходит частичное взаими ра спектра излучения и погло миое перекрытие некого ых час щения ектра излучения и поглощения га Н О СО„ э тих газов не совсем прозрачен дл я газов, н СО„т. е.
каж ы" одного газа частично поглощается д гим. В для излучения другого и нзл ч у ение мншй н лучистый тепловой поток, чем с мма л чн по~оков От каждого газа в Отдельности Отметим чт что значительная часть излучения СО п водяным паром. Так как в ПС я, поглощается больше содержания углекислоты, то, как п содержание водяного па а н чение излучения СО б составляет примерно 10%, , в о щем лучистом тепловом и ом потоке невелико и Излучательная и поглощательная способности газов оп н ются температурой, парцнальны ым давлением н линейным а в определязлучаемого газового ело , завися его 0 объема, в ав сящего от геометрических размеров , в котором заключен излучающий газ.
В теплотехнике разнооб азные геом р еометрические формы излучаемы . ых немов ычио р~~щж некоторой мвимл~нтной газовой Основания равен действительном ной точке му лучистому тепловому потоку в данточке рассматриваемого действительного объема. Р н эквивалентной полусферы 'оп о о ъема. аднус такой пути луча нлн некото ю словн 1 'определяет некото ю с е Ру Р днюю длину щуюся ха У газового слоя яв ГО Уюся хаРактеРным линейным размером, оп е тельную и поглощательную способносг объем . Д ф ю снос ности рассматриваемого газового комен ет а.
ля с ернческого объема с диаметром е( в теплотехнике едуется принимать эквивалентную длину 1, =- О,бе(;для лнн с диаметром е( и бесконечной длиной — 1, = 0,9 э1; п значения приведены ниже: 7.с7э4 ! С5 2,5 4 0 б 0,75 0,85 0,9 404 Ео н«о 10' гас«н«о -аа -ра 1ааа н,о = "н,о ~Рн,о (11.125) т,х Раап аааа 01 Рис. 11.9.
Типичное распределение тепловых потоков вдоль камеры сгорания ооо аоо п,по 005 рн„= рн.о/Ян. Т ). Заоо Тл 403 Приближенно 1, = 3,6'и'/Р, где )1 — объем газа; à — площадь ограничивающей стенки, которая воспринимает излучение. Определение степени черноты есо, и вн,о при условиях, соответствующих 7КРД, рекомендуется производить по данным Л. Ф. Фролова. На рис. 11.9 приведеныданные для расчета коэффициента излучения есо, Поскольку коэффициент излучения углекислого газа слабо зависит от плотности, то этих данных вполне достаточно для расчета.
Степень черноты водяного пара зависит от плотности и, по Л. Ф. Фролову, вычисляется по соотношению где ૠ— «нулевая» степень н,о черноты водяных паров, соответствующая плотности или парциальному давлению водяного пара, стремящемуся к нулю; Рн,о коэффициент, учитывающий увеличение излучательной способности водяного пара из-за расширения полос излучения при увеличении плотности илн давления. На рис. 11.10 приведена зависимость ев от Т и произведения нво р„, 1.
Плотность водяного пара (кг/мв) На рис. 11.11 приведена зависимость р от р„о и произвеРн,о н.о дения р„, 1. Причем коэффициент р увеличивается с увеличе- 3 Рн,о пнем р„лишь до значения плотности р„от 1 кгlма. Дальнейшее увеличение плотности практически не сказывается на увеличении излучательной способности водяного пара из-за расширения полос спектра излучения. Рассмотренная схема вычисления лучистого теплового потока, получаемого стенкой от ПС, пригодна, таким образом, для газа с однородным составом и температурой и соответствуег максимальному его значению.
В действительности, как было сказано выше, в камере сгорания состав и температура газов неоднородны, особенно поперек камеры сгорания. Обычно сложную стр йн ю ка тин малой температуро КС й, а в ядре, которое охватывает ббльшую часть альная температура.
Между прим слоем н ядром потока в результате перемешивания обра- Рис. 1!.1О. Зависимость в о р 1 Т > от рсо и зуется некоторый промеж точный ело 3 е у ой с переменным составом н тем Тогда лучистый тепловой поток б ет во-м нбо лее мощного излучения яд а, кото о промеж ~юный г1р14~ й пристеночный слои, часгичн ь пристеночный слой, частично им погло в.третьих из излучени У я пристеночного слоя, ощается, и, наконец, Гура '7л.как 'Рал.к каср (11.126) 17 1а0 14 10-101' 4 — 10 405 ри, 1Ь1Ь Зависимость вон о от рнао 1 Расчет излучения такого несколько усложненного по распределенню температур состава газового объема, хотя н нетрудно выполнить, но в большинстве случаев производить не имеет смысла.
Для практики вполне достаточная точность получается прн расчете нзлучення ПС соответствующих среднему по камере составу н температ ре у Учет снижения лучистого теплового потока нз-за частичного поглощення в холодном прнстеночном слое можно производить по формуле где а), „— лучистый тепловой поток от ПС, заполняющих камеру сгорания н соответствующих по составу н температуре среднему соотношению компонентов по камере к,р, р — коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности нзлучейня нз-за поглощения в ннзкотемпературном прнстеночном слое.
Прн расходе в прнстеночном слое 20 — 15% та следует братыр = = 0,6 †; 0,7; прн расходе 15 — 10% та коэффициент ср = 0 7 †: 0 8. П рн очень тонком прнстеночном слое, например, созданном пленочной завесой, коэффициент можно поднять до значений 0,9 — 0,95. Учитывая приближен- НОСТЬ раСЧЕтОВ ИЗЛуЧЕНИя 4.10М Отава для снижения трудоемкостн последних, 17. Ф. Фролов рекомендует после вычнслення максимального лучистого потока в конце камеры сгорания дальнейшее его распределение по 0104 Л ь' ЦДЧ"'Ц004 0 л длине камеры н сопла про- 0 аа 0050 лк изводить эмпирически н принимать: 1) начиная с расстояния 50 — 100 мм от головки камеры н до сече- ННЯ В ДОКРНтНЧЕСКОй ЧаСтИ Рис П Ш Зависимость постоянным н равным вычисленным по средним параметрам газа в КС; 2) непосредственно возле головки равным 0,25 дл как; 3) в критическом сечении сопла равным 0,5д, „,„; 4) в закритической части сопла, как показано на рнс.
11.12. Все этн точкн соединяют плавной кривой н получают распределение лучистого теплового потока вдоль камеры сгорания н сопла (рнс. 11.12, а). Если ПС не содержат водяного пара н углекислого газа, а содержат другие излучающие молекулы, например прн некнслородсодер- Л. Ф. жащнх окнслнтелях, то для приближенной оценки нзл ч нн у е я . Ф. Фролов предлагает следующий простой прием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
