Болгарский А.В. - Расчет процессов в камере сгорания и сопле жидкосного ракетного двигателя (1062111), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Подсчет очень быстро приводит к цели. Таким образом, состав продуктов сгорания для температуры 3300' абс. получается следующий: рсо,=6,707 ата рсо — 5,821 ата рн,о=16,916 ата рн,=1,871 ата рон=1 744 ата ро„=1,121 ата р„=0,498 ата ро=0,322 ата ~ р;=35,000 ата. Молекулярный вес продуктов сгорания такого состава получается равным о..=23,93. Энергосодержание их равно (приложение И) э =1;+х.=2090 ккал7кг. 67 Так как энергосодержание газов получилось меньше, чем энерго- содержание топлива, проводится аналогичный расчет для более высокой температуры, а именно для 3400' абс.
Результаты расчета дают следующий состав продуктов сгорания: рсо,=5,998 ата рсо= 6,271 ата рн,о=15,972 ата рн,=2,108 ата рон =2,132 ата ро, =1,375 ата рн=0,676 ата ро=0,468 ата ~„'р,. = 35,030 ата. Молекулярный вес для этого случая получается равным р.,=23,42, а энергосодержание э,=2259 ккалукг. Следовательно, действительная температура горения находится в пределах 3300 — 3400' абс.; она определяется по интерполяционному уравнению и равна Т;=-3358' абс. Состав продуктов сгорания прн этой температуре определяется интерполяцией и получается следующий рсо,=б,293 ата Рсо =6,081 ата Рн,о=16,358 ата Рн, =*2,023 ата Рон=1,969 ата Ро, 1,268 ата Рн=0601 ата Ро=0,407 ата ХР;=35,000 ата.
Действительный молекулярный вес равен о,=23,63 н э,=2188 ккалУкг. б. Расчет процесса истечения Расчетное уравнение энергетического баланса имеет вид: 4 1 +х +А — "=2188 или В э, + А — ' = 2188. 2г Вследствие более низких температур при истечении расчет можно провести методом последовательного приближения„который в даи. ном случае быстро приводит к цели. Система уравнений приводится к виду: ол Рсо ' Ро', Рсо, ед Рн; Ро, Кге Рн,о 0,6 Рон Рн, чь1 Рн,о Рй — =Кр, Рн, 2 Ро — = Кее Ро, Рсо,+Рсо+Рн,о+Рн,+Рст+Ро, +Рн+Ро=1 (Рн,о+Рн,1+ Ров + Рн 31у3 Рсо, + Рсо (рсо, + ро,1 + рсо + Рн,о + рон + ро Рсо, + Рсо Расчет, аналогичный приведенному в предыдущем примере, очень быстро приводит к результатам. Температура газов при истечении получается равной Т,=2464' або.
и состав продуктов сгорания при этом равен: Рсо, 0,265 ата, рон 0,014 ата, рос=0,115 ата, ро,=0,006 ата, рн,о= 0,556 ата, рн — — 0,004 ата, Рн,=0,039 ата, ро=0,001 ата. Молекулярный вес их получается равным о„=25,39. Таким образом, газовая постоянная в начале истечения была равна Я~=34,64, а на выходе из сопла 1т, = — = 33,4. 25,39 Для определения скорости истечения можно принять среднее значение газовой постоянной Я 34,з4+ зз,4 34,02. 2 Значение показателя политропы при данных условиях получается равным та= ~ =1,096.- 1 35 2464 1я 35— 3358 Следовательно, скорость истечения будет равна тп,= Ч 2 9,81 — '34,02(3368 — 2464) =2623 мосек.
0,095 Параметры, характеризующие продукты сгорания следующие: давление температура удельный вес перед истечением после истечения 35 ама 1 ама 3358' абс 2464' абс, 3,108 кг(мг 0,1265 кгтмг Глава У МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ДИАГРАММ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ И ИСТЕЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ 1. ОБШИЕ МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ДИАГРАММ Независимо от применяемого метода расчета процессов горения и истечения продуктов сгорания при тех высоких температурах горения, которые развиваются в ЖРД вследствие применения жидких окислителей, наибольшие трудности возникают при определении состава продуктов сгорания; на этот расчет затрачивается большое количество времени и труда.
Между тем, знание состава продуктов сгорания необходимо только для того, чтобы вычислить их молекулярный вес, энтальпию и неиспользованную химическую энергию при заданных температурах. Возникает вопрос о возможности проведения расчета процесса горения и истечения по заранее построенным диаграммам, В настоящее время предложен ряд энтропийных диаграмм, позволяющих проводить расчеты без определения состава продуктов сгорания.
Но в этих диаграммах решается вопрос только для адиабатного истечения. Для получения более близких к действительности результатов вводится ряд коэффициентов, совершенно не имеющих физического значения. Такие коэффициенты, приближая результаты расчета к действительности, не дают ясной картины происходящих процессов, не дают представления о физической сущности явлений и поэтому должны рассматриваться как временное вспомогательное средство для расчетов. Необходимо учесть то обстоятельство, что процессы истечения весьма сильно отличаются от адиабатного истечения вследствие частичного догорания топлива и частичной рекомбинации молекул, происходящих при протекании газов в сопле. Фактически процесс истечения представляет собой процесс с подводом значительных количеств тепла, т.
е. политропный процесс с показателем политропы, более близким к единице, чем к показателю адиабаты й. Метод расчета, изложенный в главе 111, дает возможность построения расчетных диаграмм, основанных на совершенно других 71 принципах, чем обычные 15-диаграммы. В дальнейшем излагается метод построения таких диаграмм, основанный на изложенном ме- тоде расчета, 2. плсчптнып дилгплммы при ~„,<~ и з„.<~ Расчет начинается с определения химической энергии, вносимой топливом в камеру сгорания, и теплотворности этого топлива. Для определения химической энергии топлива используется формула (33): н~„+ «ь,н, х, = " ккал1'кг, э„+~э н где х. — химическая энергия 1 кг топлива при заданных концентра- циях компонентов и при принятом коэффициенте избытка окислите- ля а'. Для определения теплотворности топлива применяется форму- ла (31): (н, +ь,о„).
Н, = ",; ккал/кг. вг+ ~зов Количество тепла, вносимое в камеру сгорания одним кг топлива, т. е. начальная энтальпия топлива будет равна: (в,с, + а» нос,) ьс ' ккал1кг, не + ~око где 1~ — температура жидких компонентов при введении их в камеру сгорания, с,' и с,' — теплоемкости жидких компонентов при заданной концентрации. Обозначая энтальпию продуктов сгорания при температуре горения и оставшуюся неиспользованной химическую энергию в конце камеры сгорания через ~, и х„ можно написать уравнение (46): 1,+х,=х,+1,— (1 — $„,) Н, или э,=э,— (1 — 6„,) Н,. В этом уравнении ~„х, и Н, известны, а коэффициент выделения тепла в камере сгорания ~„должен быть взят на основании экспериментальных данных. Правая часть уравнения может быть рассчитана и представлена на диаграмме, в которой по оси абсцисс откладываются значения ~„„ а по оси ординат величины х +1 (1 — ~„,) Н„вычисленные для раз ных значений «' н разных концентраций компонентов.
Ориентировочные подсчеты показывают, что эта часть диаграммы (1) будет представлять собой пучок наклонных прямых, наклон которых тем меньше, чем меньше концентрация компонентов, т. е. чем больше воды заключается в топливе. Таким образом, эта часть диаграммы будет ориентировочно иметь вид, представленный на фиг.
3. На этой фигуре 12 концентрации о т больше концентраций о, и значения ат больше значений ат. Таким образом, эта часть диаграммы полностью охватывает все комбинации для одного и того же топлива при любых концентрациях компонентов и при любых значениях коэффициента избытка окислителя с~. Построение второй части диаграммы П, а именно, значений э,= =/ +х, наиболее трудоемко и затруднительно, так как для построения этих кривых требуется определение состава продуктов сгорания в конце камеры сгорания при разных предполагаемых температурах горе- 'двагв- 1 ния; при расчете приходится учитывать весьма значительную диссоциацию. бт В общем случае в продуктах сго- б! рания учитываются только те газы, которые находятся в газовой смеси в более или менее значительных коли- мчествах, а именно: СОь СО, НвО., Нь 5 6 М„О„)чО, ОН, О и Н, причем состав продуктов сгорания ради удобства, '.
расчета определяется в парциальных давлениях. Расчетная система уравнений дана в главе РП и в ней же дается подробное изложение решения этой системы. После того как будет определен состав продуктов сгоРания для опРе- фвг. З, диаграмма к,+1,— деленной температуры при опреде- — (! — $„,)Н, по т„, в вавмсиленном коэффициенте избытка окис- мости от а и в. лителя, вычисляется их молекулярный вес по формуле (50), а затем по формулам (48) и (49) определяется их энтальпия и оставшаяся неиспользованной химическая энергия.
Полученные значения этой суммы наносятся на диаграмму 11, в которой по оси абсцисс откладываются значения температуры горения, а ось ординат совпадает с осью ординат диаграммы 1, т. е. на ней отложены величины ккал/кг. Ориентировочные подсчеты показали, что даже при значительных изменениях концентраций компонентов величины Г,+х, при определенных значениях 'а и для данной температуры различаются настолько незначительно (в пределах 2 — 3 ккал/кг), что этим изменением можно свободно пренебречь. На этой же части диаграммы нанесены значения молекулярного веса продуктов сгорания.
Эта вторая часть диаграммы представлена на фиг. 4 в соединении с диаграммой 1. Кривые значений ~,+х, идут со значительным повышением по мере повышения температуры, причем они расположены тем ниже, чем больше делается коэффициент избытка окислителц, так как по мере увеличения а сгорание получается более полным, а поэтому при постоянном значении т,+х, температура делается все выше. Кривые, характеризующие молекулярный вес 73 продуктов сгорания, по мере повышения температуры понижаются, так как при более высоких температурах газы сильнее диссоциированы, что вызывает появление в газах более легких двухатомных н даже одноатомных газов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
