Болгарский А.В. - Расчет процессов в камере сгорания и сопле жидкосного ракетного двигателя (1062111), страница 13
Текст из файла (страница 13)
На диаграмме 1У нанесены только кривые скорости истечения, причем, как указано выше, весьма большое число кривых сведено до 22 — 23 объединением кривых, для которых скорости истечения различаются не более чем на 7 — 8 м1сек; при этой диаграмме приложены таблицы, указывающие для данных условий истечения 1а н Т,) помер кривой, которой необходимо пользоваться. В дальнейшем приводятся примеры расчетов процессов в ЖРД по этой диаграмме.
Пример 7. Произвести расчет процессов горения и истечения продуктов сгорания для топлива: керосин+96%-ная азотная кислота при коэффициенте избытка окислителя а=0,8; коэффициент выделеьия тепла в камере сгорания равен 8„,=0,92, а на выходе из сопла 50 2835 25,49 1570 2335 25 2800 25,24 1788 2170 р» а»аа Т, абс. э» Т. 'абс. ма Интерполяцией находим для 40 ага; Т„=2820', и,=25,27, Т.= =-1650' або., ш,=2270 м/сек, /7„=33,56, 80 »„=0,98; давление и камере сгорания равно 25 ага, а на выходе нз сопла 1 ага. Находим на оси абсцисс диаграммы 1 точку о соответственно значению 5 „=0,92 и проектируем ее по вертикали вверх до пересечения с прямой для а=0,8 и с.=96%; на пересечении находим точку а; эту точку переносим параллельно оси абсцисс до пересечения на диаграмме И с кривой для а=0,8 и р.=25 кг/сма; на пересечении находим точку Ь, проектируя которую на ось абсцисс, определяем температуру горения Т,=2800'1 точку пересечения ординаты точки Ь с кривой молекулярного веса для а'=0,8 и р — 25 ага проектируем на ось ординат и находим молекулярный вес и„=24,56.
Для получения данных, необходимых в расчете процесса истечения, возвращаемся к диаграмме 1 и на оси абсцисс находим новую точку с соответственно коэффициенту выделения тепла на выходе из сопла 5» =0,98 и, проектируя ее вверх по вертикали до пересечения с прямой а=0,8, о,=96%, находим точку е, перенося которую на диаграмму 111 до пересечения с прямой, соответствующей температуре Т,=2800 и а'=0,8, получаем точку /с, характеризующую состояние продуктов сгорания в конце истечения; проектируя эту точку на ось абсцисс, находим температуру продуктов сгорания на выходе из сопла при предельно равновесном истечении Т,=1825' 1по расчету, изложенному в примере 5, эта температура равна 1796'); проектируя эту же точку ниже на диаграмму 1)/ до пересечения с кривой 12, соответствующей по приложенной диаграмме а=0,8 н Т =2800', находим скорость истечения при предельно равновесном истечении равной и =2225 м/сек (по расчету в примере 5 эта скорость равна 2229 м/сек).
Пример 8. Рассчитать процессы горения и истечения продуктов сгорания для топлива: керосин+96'/а-ная азотная кислота; коэффициент избытка окислителя принять равным а=0,85; коэффициент выделения тепла в камере сгорания 5. =0,9, а на выходе мз сопла с„=0,97. Давление в камере сгорания равно 40 ага, а на срезе сопла 1 ага. Вследствие отсутствия на диаграмме перепада давления, равного заданному, ведем расчет ориентировочно, принимая линейные зависимости между величинами, что дает достаточную для практики точность при небольших изменениях давлений.
Используем диаграмму для двух параллельных расчетов: для давления в камере сгорания р,=25 ата и 50 ата. Находим по диаграмме следующие данные: Можно найти значение показателя политропы для 40 ага, а именно; для р. 25 ата и= 8 = 1167, ! 25 !768 !8 25— 2800 для р,=50 а= =1,178. ! 50 !570 !я50— 2835 Для давления 40 ата значение показателя политропы получается равным п=1,1736. Температура на срезе сопла получается при этом равной а,паа, 140/ Следовательно, скорость истечейия будет при этом подсчете равной Т, абс. 2780 2875 2945 2980 3005 Т абс.
!4!О 1550 !640 !720 1800 сса м/сек 2385 2425 2450 2440 2420 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 6 67 81 те,= 1 2 9,81 †' 33,56(2820 в 1634) = 2298 м/се!с. К 0,1736 Это значение скорости будет более точным. Пример 9. Для топлива: керосин+964/ю ная азотная кислота найти коэффициент избытка окислителя, при котором получается максимальная удельная сила тяги. Давленйе в камере сгорания 50 ата, на выходе из сопла 1 ата; принять 1,. 0,9, 9„к=0,95. Для различных значений а в соответствии с условиями задания диаграмма дает следующие результаты: а Т, абс. Т абс.
сна м/сан 0,7 2560 !365 2300 0,75 2685 1500 2350 0,8 2795 !590 2380 0,82 2820 !625 2392 0,85 2840 1685 2390 0,9 2870 1750 2385 Таким образом, при заданных условиях максимальная скорость истечения, а следовательно, и максимальная удельная сила тяги получаются ориентировочно при 'а=0,82. Для тех же условий, но при 8„=! получаются следующие данные: Таким образом, в этом случае максимальная удельная сила тяги получается около а=0,8. Следует иметь в виду, что вследствие недостаточной точности при построении первой диаграммы и при графическом определении величин полученные цифры могут только качественно характеризовать процессы.
Пример 10. Для данных, полученных в примере 9, определить удельный весовой и объемный расход топлива на 1 кг силы тяги в час, а также определить весовой и объемный состав его. В случае учета неполноты горения топлива и его догорания в сопле по найденной в примере 9 скорости истечения газа при разных значениях а определяется удельный весовой расход топлива Св кг/кг час Ср кг)кг час 15,35 15,03 14,84 14,76 14,77 14,81 тга лг/сгк 2300 2350 2380 2392 2390 2385 0,70 0,75 0,80 0,82 0,85 0,90 Молекулярный вес (условный) керосина тат= 1 00, а азотной кислоты р' = = 66,626.
63 100 96 кт 20,4 19,3 18,3 18,0 17,4 16.6 0,70 0,75 0,80 0,82 0,85 0,90 Следовательно, весовой состав топлива в зависимости от коэффициента избытка окислителя а' будет выражаться формулами 100 65,625 100 + 65 625айа а 100 + 65 625айа или, так как в данном случае к,=8,48, то 100 556,5а 100 + 556,5а а 100 + 556,5а После подстановки значений а весовой состав топлива и удельный расход компонентов в кг/кг час получаются следующие: Удельный расход Весовой состав в "'ь компонентов в кг/кг час а ка С„ ра 79,6 3,13 12,22 80,7 2,90 12,13 81,7 2,72 12,12 82,0 2,66 12,10 82,6 2,57 12,20 83,4 2,46 12,35 Объемный состав топлива и объемный удельный расход его на 1 кг силы тяги в час при удельном весе компонентов 7„=0,82 кг/л, 7,=1,488 кг/л получаются для заданных условий следующие: а с„л/кг час е„л/кг чае е л/кг час 0,70 3,82 8,23 12,05 0,75 3,54 8,17 11,71 0,80 3,32 8,16 11,48 0 82 З 24 8,15 11,39 0,85 3,15 8,22 11,37 0,9О З,оо 8,32 11,32 Для случая расчета при 1„,=1 получаются следующие значения величин: а а~а а/сек Ср кг/кг час 0,70 2385 14,81 0,75 2425 14,56 0,80 2450 14,41 0,85 2440 14,47 0190 2420 14,59 Следовательно при прежнем весовом составе топлива удельный расход компонентев в кг/кгчас будет следующий: а С,„кг/кг чае Ср кг/кг час 0,70 3,02 11,79 0,75 2,81 11,75 0,80 2,64 11,77 0,85 2,52 11,95 0,90 2,42 12,17 Аналогично определяется объемный расход топлива и его компонентов, а именно: а е„л/кг час ес л/кг чае а л/кг час 0,70 3,69 7,94 11.63 0,75 3,43 7,92 11,35 0,80 3,22 7,93 11,15 0,85 3,07 8,05 11,12 0,90 2,95 8,19 11,14 4.
ДИАГРАММА ТОПЛИВА: ЭТИЛОВЫИ СПИРТ+ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА (ПРИЛОЖЕНИЕ Ъ'1) Эта диаграмма отличается от предыдущей большей простотой вследствие значительно более низких температур горения, а следова. тельно, и гораздо меньшей степени днссоциацин. Диаграмма построена на следующих основаниях. За топливо принят этиловый спирт с концентрацией 70, 80, 90 и 100% и 80%-ная перекись водорода.
Теплотворность компонентов принята по приведенным в главе 1 данным. Расчет проведен для коэффициента нзбыт- 83 ка окислителя в пределах от а=0,8 до а=1,0. На диаграмме ! нанесены прямые, дающие значения (х,+! — (1 — 1„,) П,] в пределах значений коэффициента выделения тепла от й„,=0,8 до й„,=1,0. Диаграмма рассчитана в предположении, что на выходе из сопла давление равно р =1 ата, а для камеры сгорания приняты три варианта: р,=25, 20 и 15 ага. На диаграмме П даны кривые, определяющие значение величин э„=(,+х,, и кривые, дающие значения молекулярного веса продуктов сгорания.
Вследствие малой степени диссоциации кривые энергосодержания весьма мало отличаются от прямых и, кроме того, дают в пределах точности построений одинаковые значения для принятых в диаграмме давлений: кривые для молекулярного веса дают до температур 2100' постоянное значение молекулярного веса, а затем вследствие некоторого увеличения степени диссоциации несколько уменьшают его.
Диаграммы П! и !)г даны в трех вариантах соответственно принятым к расчету давлениям в камере сгорания. На диаграмме И! даны пучки прямых линий, определяющих зна- 21 чения величин "э+А — !1 для разных значений а и температур 2я / горения !'. На диаграмме !У, кроме кривых, определяющих скорость истечения газов в„даны кривые, позволяющие определить значение показателя политропы при вполне равновесном истечении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
