Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Учитывая соотношение и, = ц06„,цт р, имеем йе, =т,/(тт0)э ). Зависимость г/ = г)(це,) приведена на рис. 12.24. Расчет турбулентного перемешивания завесы. Расчет процесса перемешивания паров завесы с ПС вдоль стенки довольно сложен, так как этот процесс определяется многими недостаточно известнымн фактами. Учитывая, что индивидуальные О р особенности пристеночного слоя ввиду относительно слабого перемешивания сохраняются на значительном расстоянии, будем считать, что пары завесы перемешиваются только с пристеночным ' о 7000 3000 0000 4000 /ге, слоем. Пристеночный слой до завесы Рис. )3.34. Зависимость кеэффици- (начальныи пристеночныи слои) ха рт числа Реаноэьдса рактеризуется параметрами: ̈́— начальной толщиной пристейочного слоя (условно будем считать ее как среднее по периметру головки расстояние от последнего ряда окислительных форсунок до стенки камеры сгорания); и„= и /и„— относительным расходом топлива в пристеночном слое (гл, = тэ/лэ„— относительный расход топлива на завесу); к, = и„„/т„„— начальным соотношением компонентов в пристеночном слое, до завесы; гпрэт гпгэомт шст.г соответственно секундными расходами в пристеночном слое; т„— секундным расходом через КС.
При движении паров завесы вдоль стенки в результате их турбулентного перемешивания с ПС пристеночного слоя среднее соотношение компонентов в пристеночном слое к будет постепенно изменяться от исходного или начального к , до предельного к„ (значение соотношения компонентов при полном перемешивании паров завесы с пристеночным слоем). Если учесть, что завеса перемешивается только с пристеночным слоем, то ко пары завесы горючего) до предельного значения к р„ч -— - к„ (далеко от сечения конца испарения завесы). Рассмотренный процесс перемешивания завесы с пристеночным слоем и ход изменения соотношений крмпонентов в среднем по пристеночному слою к и непосредственно возле стенки к р„, могут быль изображены, как показано на рис. 12.25.
Законы, по которым изменяются соотношения компонентов, в среднем по пристеночному слою к =-к о (к о 14 )1 (1240) Ки йа и непосредственно возле стенки Ксарасч = к,+ (к' — к )1, (12.41)' да га га я «=а7н„ где к — соотношение компонантов в завесе. При обычной однокомпонентной завесе из горючего к о= О, тогда (12А1) будет: Рис. 12.2й. ОИниенение кса н исаг пп ддлине стенки (12. 42) В приведенные соотношения входит коэффициент полноты турбулентного перемешивания 1, который имеет крайние значения: а) при х = О, в самом начале перемешивания, конец испарения завесы,.
1 = 0 — перемешивание отсутствует; б) при х = со, далеко от начала перемешивания, 1 = 1 — произошло полное перемешивание. Подставляя в (12АО) — (12.42) значение к„из (12.39), получим среднее соотношение компонентов в пристеночном слое к„=- к,(1 — 1)+ к о(7[1+(1+к о)гла7глс ) (1243) и расчетное соотношение возле стенки 440 ксарасч = ксао11(1 + (1 + квас)гла11глст) '; На основе некоторых исследований турбулентного перемешивания, ' в КС запишем коэффициент полноты турбулентного перемешивания с=1 — е (12.45) ' который удовлетворяет приведенным выше крайним значениям Здесь М вЂ” коэффициент, определяемый факторами, от которых зависит интенсивность турбулентного перемешивания с пристеночным слоем; х — относительная координата, расстояние данного сечения от начала процесса перемешивания.
За масштаб турбулентного перемешивания для простоты примем начальную толщину Н„пристеночного слоя. Тогда х~ост' (12.46) Будем считать, что М зависит от соотношения между расходами пристеночного слоя и завесы и характером турбулентного обмена, тогда М, = К т„! гп,. (12.47) Постоянная К, отражающая факторы, влияющие на интенсивность турбулентности в пристеночном слое: Кж(0,05 —:0,20) 10 и, (12.48) На рис. 12.25 приведены кРивые изменения к,„и к от х, рассчитанные при исходных данных: и„= 0,15; гл, = 0,03; к, =- 1,5; К, = 0,05 10 ', К, = 0,20 ° 10 '.
Как видно, в зависимости от К полнота турбулентного перемешивания меняется: при К, = 0,05 . 10 ' полное перемешивание завесы с пристеночным слоем завершается на расстоянии х = 40, а при К, = 0,20 10 ' это расстояние сокращается вдвое: х = 20. Расчет конвективного теплового потока с учетом завесы охлаждения. Этот расчет можно вести в следующем порядке: 1. Определяется конвективный тепловой поток без учета завесы охлаждения д„о.
При этом считают, что состав и параметры пристеночного слоя определяются исходным соотношением компонентов в нем к„„а температуру стенки принимают Т„„о = 1000 К. 2. Рассчитывают завесу охлаждения, т. е. определяют длину участка испарения 1ж и изменение соотношения компонентов вдоль стенКи Капрвсч.
3. Находят новые значения конвективных тепловых потоков в зоне участка турбулентного перемешивания завесы. Для этого используют формулу пересчета в виде ав = аис З1Зо1 (12.49) где 3 — функция 3, найденная при к р„,, 'Зо — функция 3, найденная при к,. Заметим, что значения функции 3 при низких значениях к р„ч в справочниках может не оказаться, так как расчет состава и температуры горения при низких соотношениях компонентов сопряжен с большими трудностями из-за наличия твердой фазы и значительной степени неравновесности.
й 12ГХ ПРИМЕРНЫИ ПОРЯДОК РАСЧЕТА ОХЛАЖДЕНИЯ Под расчетом охлаждения двигателя будем понимать расчет, в результате которого получаем распределение температур стенки и охлаждаю,'цей жидкости вдоль КС и сопла. В результате анализа 441 этих данных можно дать заключение о надежности охлаждения данного двигателя. На практике расчет охлаждения носит, как правило, поверочный характер, т, е. рассчитывается охлаждение двигателя, конструктивные параметры которого уже известны. Затем по результатам расчета вносят соответствующие изменевия в конструкцию — изменяют зазор охлаждающего тракта, подбирают новые толщины стенки, изменяют интенсивность пристеночного слоя и соотношение компонентов в нем и т.
д. Иногда в результате поверочного расчета охлаждения приходится даже в корне менять конструкцию, например вместо щелевой конструкции охлаждающего тракта в опасных зонах делают спираль- ныи тракт и т. д. В некоторых случаях, когда требуется хотя бы приближенно подобрать необходимые параметры двигателя, проводится и проектировочный расчет охлаждения.
Рассмотрим порядок расчета охлаждения ЯРД, который пригоден как при поверочном, так и при проектировочном расчетах; некоторые особенности этих расчетов будут в соответствующих местах отмечены. Определение геометрических параметров и составление основной расчетной таблицы. Вычерчивают в масштабе или в натуральную величину геометрические внутренние обводы КС и сопла, как показано на рис. 12.25.
Камеру и сопла разбиваем сечениями на ряд участков. Первое сечение помещают в плоскость головки, другие — равномерно по длине и в характерных сечениях, как, например, в плоскостях поясов завесы, в местах изменения конструкции охлаждающего тракта, расхода охладителя и т. п.
Сопло, особенно в области критического сечения, делят на более мелкие участки. Сечения, которые делят КС и сопла на участки, нумеруются по порядку, начиная с первого, например расположенного в плоскости головки. Обозначаются номерами и участки, расположенные: Ь между двумя последовательными сечениями. Удоб-; но номер участка обозна- чать номером предыдущего сечения, например при счете слева от головки (рис.
12.26) номером левого сечения. Составляется таблица, в которую заносят все основные исходные и расчетные данные по мере их 0 вычисления. Прежде всего Ц в таблицу заносят геометрические данные сечений и участков, которые необ- 442 ходимы для расчетов: 0; — диаметр 1-го сечения; 0; = 0;Ы„в — относительный диаметр 1-го сечения; Лхь Ьхп — длина участка соответственно по образующей и оси камеры (эти величины находят прямыми измерениями по чертежу), х; = ~~)" Ьх;; хм = ~~)" Ьхп — коор- 1 ! динаты 1-го сечения соответственно по образующей и оси; 65; = = п0,5(0, + 0;,,)Ьх~ — величина боковой поверхности 1-го участка со стороны газа; 6„; — толщина стенки КС или сопла на 1-м участке. В отдельной графе указывается материал стенки.
На чертеже или отдельных эскизах изображают форму и размеры сечения охлаждающего тракта на участках. Используя эти данные, вычисляют и заносят в таблицу; Ь; — высота охлаждающего тракта (высота зазора между наружной и внутренней стенками); 0адз = = 0;[1+ (26„+ ЬУОЦ вЂ” средняя окружность охлаждающего тракта в Рм сечении; и„— число ребер (или отдельных каналов) в сечении; 6,~ — толщина ребра; со4, — косинус угла между направлением ребра и образующей; 1,, 1ла — шаг между ребрами по средней окружности 1 = п04,4ьlп, и по нормали к оси канала илн ребра 1я = = гсозр; 6„; — толщина наружной стенки; бр,ь ܄— толщина и высота эквивалентного ребра; ~, — площадь проходного сечения охлаждающего тракта; дм — гидравлический диаметр охлаждающего тракта. Для некоторых форм охлаждающих трактов можно пользоваться следующими формулами: 1) щелевой тракт без ребер ~ =- я0о,заЬ = я0Ь [1+ (26„+ Ь)(0[; д, = 2Ь; (12.50) 2) тракт с продольными илн винтовыми ребрами (см.
рис. 12.19) =(уЬ(1 — 6р11я) ар, Н„= 2Ь(1у — 6р)l(1ч — 6р+Ь); (12,51) 3) тракт с продольными или винтовыми гофрами (см. рис. 12.20) р=п,~Г„Ь вЂ” 6,[У(Ь вЂ” 6,) +(1„— 6) +Ь Д; Н„= 2Ь " ", (12.52) ~„— (з,~ь) ~~/(а — 4,1'+ц,— ь)~ +ь~ ~я+ где Ь вЂ” средняя ширина основания гофра, которым он припаивается к стенке; 4) трубчатый тракт 1 = айар, а„= 2Ь,'(1 + Ыа), (12.53) 443 где а — ширина канала. Определение исходных параметров для расчета охлаждения. Над таблицей расчета охлаждения помещается схема организации наружного охлаждения с указанием наименования охлаждающего компонента, места его ввода в охлаждающий тракт, хода течения по тракту, секундного расхода охладителя и«„, и его изменения (если это происходит) по длине КС и сопла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
