Болгарский А.В. - Расчет процессов в камере сгорания и сопле жидкосного ракетного двигателя (1062111), страница 12
Текст из файла (страница 12)
При объединении этих двух частей диаграммы получается возможность провести расчет процесса горения, т. е. определить температуру горения и, как будет указано ниже, молекулярный вес продуктов сгорания. Пусть в камере сгорания сжигается при коэффициенте избытка окислителя аг топливо, в котором окислитель имеет концентра- аяпа аа егг т,' Га Гет, Ея Еа Фиг. 4. Номограмма к методике построения диаграмм, цию ее, экспериментальные данные определяют коэффициент выделения тепла для данного случая равным р„,. На диаграмме 1 (фиг, 4) находим точку а, характеризующую условия горения топлива, а следовательно, и значение величины х +г.— (1 — Е„)Н,. Так как значение г',+х, равно значению х +1.— (1 — Е„.)Н„то, перенеся точку а па диаграмму Н, находим точку Ь на пересечении с кривой, соответствующей заданному значению коэффициента избьгтка окислителя а,; проектируя точку Ь на ось абсцисс, находим соответствующую температуру горения.
Если концентрация изменилась и стала ем то на правой части диаграммы находим точку а' и аналогично на левой части диаграммы точку Ь' и температуру Т;. Если при прежней концентрации коэффициент избытка окислителя увеличен до значения ам то соответствующее построение дает на правой стороне диаграммы точку а", на левой стороне точку Ь" и температуру горения Т,". Для расчета камеры сгорания необходимо еще знать параметры продуктов сгорания; для этого на диаграмме 11 наносятся кривые значений молекулярного веса газов при разных условиях сгорания. Приведенная на фиг.
4 часть расчетной диаграммы позволяет определить состояние продуктов сгорания перед входом в сопло, т. е. перед началом истечения. Расчет процесса истечения основывается на уравнении (58): 1 +х,+А — '=х,+1,— (1 — Е„,) Н, К или Р э, + А — ' = э, — (1 — Е„,) Н,. У Это уравнение учитывает частичное догорание топлива в сопле, так как значение коэффициента выделениЯ тепла на сРезе сопла Еаа принимается большим по величине, чем в конце камеры сгорания Е„=.
Значение правой части уравнения определяется по диаграмме 1 при известном значении Еа а. Для построения диаграммы 111, позволяющей провести расчет истечения, необходимо найти значение левой части уравнения. Определение значений 1 и х, для различных температур производится по уравнениям Х, = ~~1~~ Р,аХР 1 ~а ~ Р!а~~а зара али при использовании приложения П 1 э,= ~Р,,З, . Значение величины А — определяется несколько сложнее 2а при помощи уравнения (63), а именно: А —,' А аТ, ~1 — (~') где по формуле (64) 1и— Р.
Ра р. т, !д— р.'т, ~а Таким образом, величина А — ' определяется как конечной 2л температурой Т„ так и начальной Т,. Для определении величин 1, и х. или величины э,=1 +х, при вполне равновесном истечении необходимо знать состав продуктов 75 сгорания, что может быть выполнено на основе вышеизложенной системы уравнений. Но вследствие значительного понижения температуры при расширении в сопле продукты сгорания на выходе будут иметь значительно более простой газовый состав: они будут содержать только СО„СО, НаО, Н, и Ха.
Таким образом, система уравнений упростится и останется только пять уравнений, причем химическое равновесие будет характеризоваться только реакцией водяного газа, протекающей без изменения числа молекул: СОа+ Н ~ СО+ НаО. якпл Уравнение химического равно- весия для этого случая получится скг делением уравнения (36) на урав- г,- пение (37): у' Рсо 'Рн,о тс р, и Рсо,'Рн, тср, с'4 г~ Слсдовательно, система уравнений приходит к виду системы уравнений (65) — (69). После этого могут быть построены на диаграмме П1 значе- а аа ния э,+А — для любых темпе- Т 2я ратур. Ориентировочные подсчеты Фиг. 5.
К методике расчета истечения показывают, что на диаграмме 111 продуктов сгорания. получаются пучки прямых. Общий вид этой диаграммы показан на фиг. 5. На этой фигуре аа)ав)ат н Т„Т,' >Т,'". После объединения диаграмм 1 и 111 получается та часть диаграммы, которая позволяет определить конечное состояние продуктов сгорания при предельно равновесном истечении. Эта часть диаграммы представлена на фиг. 6.
Если на левой части диаграммы точка а определяет состояние газов перед входом в сопла, причем при нахождении этой точки было учтено добавочное количество тепла, выделившееся при истечении вследствие догорання топлива, то, проектируя ее на правую часть диаграммы до пересечения с прямой, характеризуемой заданным значением а' и температурой Т„найденной раньше на диаграмме П, находим точку Ь, проектируя которую на ось абсцисс, определим температуру газов на выходе из сопла при предельно равновесном истечении.
Для определения выходной скорости при полученных условиях под диаграммой 1П помещается диаграмма 1У, на которой наносятся кривые, определяющие выходную скорость при различных значениях Т= и Т,. Скорости истечения зависят от начальной и конечной температуры истечения, а также от коэффициента избытка окислителя, 7б поэтому на диаграмме 1У должно было получиться весьма большое количество кривых и расчет по ним был бы чрезвычайно затруднен. Для устранения этого обстоятельства близкие по значениям кривые объединены, благодаря чему количество кривых значительно уменьшено и расчет получается вполне возможным с ошибкой в определении скорости не более 8 и/сея; при этой части диаграммы приложен указатель, определяющий номер кривой, которой надо пользоваться в том или другом случае.
клял яя мз клал ял ляал лг т, Фиг. З. Определение конечного состояния продуктов сгорания. 77 Диаграммы 1 — 1У дают возможность произвести расчет предельно равновесного истечения. Дальнейший расчет ведется по обычным формулам. Порядок расчета по диаграмме (фиг. 7) получается следующий. Заданы следующие величины: коэффициент избытка окислителя а, концентрация окислителя о, предполагаемый коэффициент выделения тепла в камере сгорания р„, и коэффициент выделения тепла в конце сопла ри . По этим данным на средней части диаграммы 1 находим точку 1, соответствующую р„„и по ней находим на кривой х,+~ (! — р„,) Н, по данным а м о точку 2; точку 2 проектируют на левую часть диаграммы П до пересечения с кривой г,+х, для заданного а в точке 8.
Перенося точку 8 на ось абсцисс, находят температуру горения Т, при заданных условиях горения (точка 4), а по кривым для р определяют молекулярный вес продуктов сгорания; этот вес определяется точкой 5. Для расчета процесса истечения нужно вернуться к диаграмме 1 и найти на оси абсцисс точку 7, соответствующую заданному р„, и по этой точке найти на кривой для данных а и о новую точку 8, характеризующую состояние процесса горения в конце сопла, т. е. при коэффициенте выделения тепла с„„. Точка 8 проектируется на правую часть диаграммы 1П, и на пересечении с кривой для заданного а и найденной Т. находят точку 9; точку 9 переносят на ось абсцисс и находят в точке 10 значение температуры газов на выходе из сопла Т Продолжая проекцию дальше на диаграмму !'р' до пересечения с кривой скоростей, построенной для заданной величины а и найденной температуры Т„находят точку 11, определяющую скорость истечения газов при предельно равновесном истечении.
ллпл лг га Фиг 7. Совмещенная диаграмма для расчета процессов сгорания и истече- в жрд. В случае пониженной концентрации обоих компонентов для построения диаграммы можно все наличие воды снести на окислитель, что никаких изменений в расчет не внесет, Пусть имеется топливо С„Н Орт,НвО+аА,Н,ЫвОеС,т,НеО. Общее количество воды, заключающееся в этом топливе, равно (те+а)г.пт.) молей. Снося все это количество воды на окислитель, для расчета по диаграмме принимаем топливо С„Н.О,+цй.Н,Н.О,С, (т,+ — "1Н,О.
—,) .. При расчете и построении диаграммы по этому методу принимается постоянное давление на входе в сопло р, и на выходе из него р.; таким образом, диаграммы 111 и 1У рассчитаны на определенныи перепад давлений. Ориентировочные подсчеты показывают, что вследствие малого влияния давления на степень диссоциации, даже 78 значительное изменение давления почти не влияет на состав продуктов сгорания, а поэтому диаграммой можно пользоваться и для других перепадов давления, определяя действительные значения путем интерполяции. Можно также один и тот же перепад давления использовать для расчета при других давлениях, но при том же самом перепаде давления, т. е., если в камере сгорания намечено давление 32 ага, а на выходе 0,8 ага, то для расчета можно пользоваться диаграммами 111 и 1У при начальном давлении 40 ага и на выходе 1 ага.
Влияние перепада давлений на скорость весьма значительно и расчет надо всегда вести на заданный перепад. 3. ДИАГРАММА ТОПЛИВА: КЕРОСИН+АЗОТНАЯ КИСЛОТА (ПРИЛОЖЕНИЕ Ч) Диаграмма для, топлива керосин+азотная кислота построена по следующим основным данным. Теплотворность керосина принята равной 10 275 ккал!кг; за основной окислитель принята азотная кислота с концентрацией 96%, дополнительно даны расчеты для азотной кислоты с концентрациями 92 и 100%. Коэффициент избытка окислителя принят от а=0,7 до э=0,9. На диаграмме 1 нанесены прямые, дающие значения для ,'х,+1.— (1 — ~„-)1Ц в пределах значений коэффициента выделения тепла от й„— 0,7 до ~,.=1.
Диаграмма построена в предположении, что на выходе из сопла давление газов равно р =1 ага; для давления в камере сгорания приняты три варианта, а именно: р =25 ага, р,=50 ага и р,=! 00 ага; вследствие этого на диаграмме 11 нанесены кривые для всех трех давлений, так как давление в камере сгорания в данном случае довольно ощутительно влияет на степень днссоциации, а следовательно, и на молекулярный вес продуктов сгорания и на энергосодержание э =1,+х,, Диаграмма 1О дана в трех вариантах, так же как и диаграмма 1Ч для всех трех принятых к расчету давлений. На диаграмме П1 нанесены пучки прямых линий, характеризующие состояние продуктов сгорания на выходе из сопла для разных температур горения и для разных значений коэффициента избытка окислителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
