Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Величина секундного расхода охладителя, если она изменяется по тракту, заносится в соответствующую графу таблицы для каждого участка. Здесь же указывается: ҄— температура охлаждающего компонента на входе в охлаждающий тракт; Тр, — максимально допустимая температура нагрева охлаждающего компонента в тракте. Для расчета необходимо иметь кривые зависимости физических параметров охладителя от температуры в виде: р = р(Т) — ' вяза кость; Х = "г.(Т) — теплопроводность; с = с (Т) —, теплоемкость; р = = р(Т) — плотность. Для облегчения расчета целесообразно иметь зависимость комплекса К = ср'~оо Ч(«о 4 от температуры для данного компонента, принятого в качестве охладителя.
Над таблицей помещают также данные: а) наименование двигателя и компонента; б) рк — давление в КС с указанием режима (предельно максимальный, номинальный, предельно минимальный н т. д.); в) а, к — коэффициент избытка окислителя и соотношения компонентов по КС в целом с указанием их особенностей (номинальное значение, предельно максимальное, предельно минимальное и т. д.); г) а„, к„„, — расчетные значения коэффициентов избытка окислителя и соотношения компонентов в пристеночном слое; д) ҄— эффективная температура газов (недиссоциированных) в пристеночном слое; е) Б — функция физико-термодннамических параметров ПС в пристеночном слое, которая определяется родом топлива, соотношением компонентов к „и температурой стенки.
Обычно в первом приближении рекомендуется принимать температуру стенки со стороны газов равной некоторому постоянному вдоль КС и сопла значению, например Тж.г = 1000 К. В действительности эта температура может быть больше (как правило) и меньше. Поэтому в расчете первого приближения получим значения тепловых потоков. соответственно больше или меньше, чем они будут в действительности. При дальнейшем расчете охлаждения вносят соответствующие уточнения и в конце концов получают действительные значения тепловых потоков и температуры стенки на каждом участке. Если функции 5 и температуры Т нет, то необходимо их найти.
Для этого проводят термодинамический расчет состава недиссоции. рованного газа, температуры и других параметров для данного топлива н соотношения компонентов. Вычисление распределения конвективных тепловых потоков. Расчетные формулы для конвективного теплового потока были приведены в гл. 11, например: а) основная, или кточнаяк, формула ««к от Рк 11 ('?ег Тек? б) первая приближенная формула 444 0,85 Рк 1->«,88 лола Ро,ов ' кр Рг' в) вторая приближенная формула ОЛ8 к И«,8 зе,«8 О,оа ' кр Рг' При вычислении тепловых потоков по этим формулам в соответствии с изменением по длине относительного диаметра сечения 44 сопла в зависимости от используемой формулы находим значении соответствующих функций ф«, «р„«Р, или т(к) = 1 — рв, которые вписывают в соответствующие графы расчетной таблицы. Функции «Р„ фв, фв даны на Рнс. 11.5 И 11,7. ИнтегРал 1 фв«(х Удобно вычислЯть гРафически.
Для этого надо построить кривую зависимости фуцкции ф, по координате х вдоль образующей и найти изменение площади под ней вдоль КС и сопла. Значения интеграла ) фв«(х для каждого сечения заносят в таблицу. Выполнив необходимые арифметические действия в соответствии с применяемой формулой для 4«„, находим тепловые потоки в соответствующих сечениях сопла и заносим в расчетную таблицу.
Конвективный тепловой поток вдоль КС, как правило, оставляют посгоянным и равным значению в сечении входа в сопло. Определение лучистого и полного тепловых потоков. В КС лучистый тепловой поток «1 = ф«?~ к где «?„„~ = а, афа„го(Т„/100)'. Все объяснения и рекомендации подробно были изложены в гл. 11. Для вычисления лучистого теплового потока «1 к в КС надо знать среднее соотношение компонентов в ней к р, содержание водяных паров рн о и углекислого газа р и температуру газа в камере Тк.
Значения рн о, р и Тк находят по термодинамическим справочникам. После нахождения максимального лучистого потока «1„в КС определяют его значения в сечениях сопла в соответствии с рекомендациями гл. 11 и заносят значения «1„в расчетную таблицу. Наконец, в таблицу заносят распределение суммарного теплового потока от газов в стенку по сечениям КС и сопла: «(г =о«?к + «)к. в Полученное распределение теплового потока является первым приближением, так как оно соответствует принятой ранее постоянной температуре вдоль стенки: Т „= 1000 К. Кроме того, это распределение получено в предположении некоторо- 445 го расчетного значения соотношения компонентов в пристеночном слое к „„также постоянного вдоль всей стенки.
Если на КС и сопле специальных поясов завесы охлаждения нет, то полученные значения д используют в дальнейшем расчете. Если же на КС или сопле стоят специальные пояса завесы охлаждения, то полученные значения тепловых потоков необходимо уточнить, т. е, учесть влияние завесы охлаждения, снизив в определенной степени тепловые потоки на соответствующих участках, и получить распределение д второго приближения. Определение температуры нагрева жидкости. При проектировочном и поверочном расчетах следующим этапом является предварительное определение температуры нагрева жидкости в охлаждающем тракте.
Температура жидкости на входе в охлаждающий тракт Т„известна. Температура подогрева жидкости на (-м участке ЛТ, = 0,5 (д,, + дп, ) ЬЗДт;Сжг), где т; — массовый секундный расход охладителя на Г-м участке; С; — теплоемкость охлаждающей жидкости на (-м участке. Если охлаждающая жидкость течет со стороны сопла к головке, то при нумерации сечений и участков от головки на выходе с (-го участка температура где Т вЂ” температура жидкости на входе в (-й участок, обычно жг+ равная температуре на выходе из предыдущего ((+ 1)-го участка.
Теплоемкость жидкости С надо брать соответствующей средней жС температуре жидкости на участке: Тж = 0,5(Тж + Тж ) =7' + 0,5Я'г Этот расчет на каждом участке проводится методом последовательных приближений. В первом приближении, задавшись подогревом жидкости на участке ГдТг, находят температуру Т' и Т, адалее ю ер теплоемкость С' . Затем вычисляют значения подогрева и температур а охладителя второго приближения: (аТ,", Т", Т" и С .
Если это значение теплоемкости заметно отличается от ее значения в первом приближении С', то следует, взяв за основу С, найти соответствующие температуры третьего приближения. Таким путем, переходя от участка к участку, будет найдено распределение предполагаемой температуры охлаждающей жидкости вдоль камеры и будет определена ее температура на выходе из охлаждающего тракта Тн, . Зта температура не должна быть выше допувмх стимой для данной жидкости, определяемой, как известно, температурой кипения или разложения при давлении порядка ра. Поскольку тепловой поток определен при сравнительно низкой температуре стен- 44б ки (Т„, =- 1000 К), то полученная выше температура подогрева охлаждающей жидкости несколько завышена.
В подавляющем большинстве случаев она несколько меньше. Если температура охлаждающего компонента на выходе из охлаждающего тракта не превышает температуры кипения или разложения, то это означает, что компонент способен воспринимать всю проходящую через стенку теплоту и обеспечить удовлетворение теплового баланса системы охлаждения. Если эта температура компонента на выходе из тракта выше допустимой, то охладитель не в состоянии воспринять всю теплоту, отдаваемую в стенку. Условие теплового баланса не удовлетворяется и КС не может быть охлаждена данным расходом охлаждающей жидкости. Поэтому приходится принимать следующие меры по снижению тепловых потоков: уменьшают пристеночное соотношение компонентов соответствующей перекомпоновкой форсунок на головке или установкой специальных поясов завесы; применяют для стенки материалы, допускающие более высокие температуры нагрева, или стенку с теплозащитным покрытием (ТЗП)— в этом случае тепловой поток будет ниже; заменяют один охлаждающий компонент другим, который либо по своим охлаждающим свойствам, либо по расходу более пригоден (например, замена горючего на окислитель или наоборот), используют для охлаждения оба компонента (примеры таких двигателей имеются).
После того как добились удовлетворительного теплового баланса, переходим в следующему этапу расчета. Определение необходимых проходных сечений охлаждающего тракта*. Из условий теплового баланса на элементарном участке с диаметром 0; сечения и длиной образующей сЬ с учетом эффекта оребрения стенки можно записать: д,гБ, = д т1рс(З, где Ю, = зт0;Их — элемент боковой поверхности со стороны газа; с(З = га(0г + 2б„)г(х — элемент боковой поверхности со стороны жидкости; г1, — коэффициент эффективности оребрения (см. (12.37)1. Выражая тепловой поток, воспринимаемый жидкостьюд без учета оребрения стенки, соотношениями (11.108), т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
