Болгарский А.В. - Расчет процессов в камере сгорания и сопле жидкосного ракетного двигателя (1062111), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Примеры расчетов по этой диаграмме приводятся ниже. Пример 11. Рассчитать процессы в камере сгорания и сопле при топливе: 80%-ный этиловый спирт и 80%-ная перекись водорода. Коэффициент избытка окислителя равен 0,85. Коэффициенты выделения тепла принять: для конца камеры сгорания 1„,=0,85, для выходного .сечения сопла 1„,=0,95. Произвести расчет также при 1„,=1. Давление в камере сгорания р — 25 ага, а на выходе из сопла !в=1 ага. На оси абсцисс диаграммы ! находим точку, соответствующую заданному коэффициенту выделения тепла й„,=0,85, проектируем ее вверх до пересечения с прямой, характеризующей состав топлива (а=0,85, ч,=80%); полученную точку переносим параллельно оси абсцисс до пересечения на диаграмме П с кривой а=0,85; эта точка, спроектированная на ось абсцисс, определяет температуру горения, равную 1996' абс.
Для определения молекулярного веса продуктов сгорания точку, полученную на диаграмме П, переносим на кривую „., соответствующую а=0,85 и а,=80%, и находим и,=20,86. Для расчета процесса истечения возвращаемся на диаграмму ! и находим на оси абсцисс точку, соответствующую коэффициенту выделения тепла на выходе из сопла 1„.=0,95; проектируя эту точку вверх до пересечения с прямой а=0,85 и а„=80% и перенося полученную точку на диаграмму П! на прямую, соответствующую заданному коэффициенту избытка окислителя 0,85 и найденной температуре горения Т,=1996' (кривая 2000'), находим точку, характери- тв =1 2.9,81 †' 41,26(2245 в 1315) = 2124 м/сек.
Расхождение со скоростью, определенной по диаграмме, небольшое. Пример 12. Проследить по диаграмме влияние концентрации эти.- лового спирта на процессы в ЖРД Принять а=0,8, 1„, 0,95, 1„,=1, р,=20 ата. Выполнение на диаграмме указанных выше построений дает следующие результаты: Т, абс.
2238 2177 2108 2020 ва Т„абс. и 20,75 1360 1, ЮО 20, 55 1320 1, 203 20,55 1270 1,205 20,45 1210 1,207 ас М 100 90 80 70 ма м/сек 2075 2040 1995 1950 аа ккал/нг 1280 1242 1199 1143 Таким образом, уменьшение концентрации спирта 'понижает температуру всех процессов как в камере сгорания, так и в сопле, умень- 85 зующую состояние продуктов сгорания на выходе из сопла; снося эту точку на ось абсцисс, находим температуру газов на выходе из сопла при предельно равновесном истечении, а именно Т,=1295', а на диаграмме 1'г' на пересечении с кривой скоростей 8, соответствующей по таблице заданным условиям, определяем скорость истечения равной ш =2055 м/сек; одновременно пересечение с кривой значений показателя политропы, соответствующей найденной температуре горения 1996', дает значение показателя политропы для пре* цельно равновесного истечения п=1,156.
Полученные данные позволяют рассчитать реактивное сопло. Для второго счучая, когда расчет ведется без учета неполного горения топлива вследствие несовершенства перемешивания (9.,=1), подваграмме получаются следующие значения величин. Для а=0,85 и е„=80% при з„,=1 (на оси ординат) определяется энергосодержание топлива, а следовательно, и энергосодержание продуктов сгорания перед входом в сопло э,=э,=1196 ккал/кг; на пересечении линии э =сопз1 на диаграмме 11 с кривой а=0,85 получается точка, определяющая температуру горения Т,=2245', а перенос этой точки на кривую н„— сопз1 определяет молекулярный вес продуктов сгорания, равный 20,55.
Следовательно, газовая постоянная /7,— — 41,26. На пересечении той же линии э — сопз1 с линией Т,=2245' и а'=0,85 по диаграмме 1Д (при р — 25 ага) получается точка, определяющая температуру газов на выходе из сопла Те=1315'. Эта точка, спроектированная на диаграмму 1У на пересечении с кривой скоростей 13, определяет скорость истечения, равную 2120 м/сек, и на пересечении с кривой показателей политропы для Т вЂ” 2245' показатель политропы, равный п=1,2. Подсчет скорости истечения по найденному значению показателя политропы дает Шает скорость истечения, понижает молекулярный вес (вследствие Увеличения количества водяного пара) и увеличивает показатель политропы. 5 РАСЧЕТНЫЕ ДИАГРАММЫ ПРИ 6~ ~=! Расчетные диаграммы, построенные в предположении, что неполнота горения топлива определяется только диссоциацией продуктов сгорания и значением а, меньшим единицы, т. е.
при Р„,=1, отличаются от вышеописанных значительно большей простотой. В настоящее время, весьма возможно, они могут иметь гораздо более частое практическое применение, так как пока неизвестны более или менее достоверные данные о действительных значениях коэффициентов выделения тепла по несовершенству перемешивания компонентов.
Диаграмма строится для определенного топлива при разных значениях коэффициента избытка окислителя а и для разных давлений в камере сгорания; давление на выходе из сопла принимается обычно равным 1 ага. Диаграмма делится осью абсцисс на две части: верхнюю и нижнюю. Верхняя часть диаграммы служит для нахождения величин, характеризующих состояние продуктов сгорания в конце камеры сгорания, а нижняя — для величин, характеризующих состояние газов на выходе из сопла. Таким образом, на верхней части диаграммы можно найти основные величины для процесса горения в камере сгорания, на нижней — величины для процесса истечения из сопла. На ось абсцисс наносят значения коэффициента избытка окислителя а; на верхнюю часть диаграммы — кривые температур, позволяющие определить температуру горения при разных значениях а для определенного давления; кривые идут, повышаясь по мере увеличения коэффициента а, так как при этом увеличивается полнота горения.
Для каждого давления в камере сгорания имеется отдельная кривая, причем кривая температур расположена на диаграмме тем выше, чем больше давление р, в камере сгорания, так как повышение давления уменьшает степень диссоциации, и, следовательно, полнота сгорания топлива увеличивается. Кроме того, на эту часть диаграммы наносят кривые значений газовой постоянной продуктов сгорания; эти кривые по мере увеличения значений а понижаются вследствие более полного сгорания и увеличения количества трех- атомных газов; вследствие уменьшения степени диссоциации прн повышении давления кривые газовой постоянной для более высоких давлений расположены ниже. Масштаб температур размещен на левой ординате, а для газовой постоянной — на правой. В нижней части диаграммы построены кривые температур газов на выходе из сопла; эти кривые по мере увеличения коэффициента избытка окислителя повышаются, так как при одном и том же перепаде давлений температура на выходе тем выше, чем выше температура в камере сгорания; кривые температур Т для, более высоких давлений в камере сгорания расположены ниже, так как увеличение перепада давлений понижает температуру на выходе.
Основной расчетной кривой является кривая выходных скоростей продуктов сго- «=0,85 «=0,75 а ага« Т, абс. Т абс. Т„абс. Т абс. геа м!сек сеа м!сек 2260 2334 2437 2510 2568 29ЗО 2952 2985 3005 3032 1960 1875 1750 1650 1565 2850 2860 2870 2885 2900 1730 1650 1530 1440 1365 2240 2306 2420 2492 2552 25 35 50 75 РЗО Следовательно, удельный расход топлива в кг на 1 кг силы тяги в час будет следующий: Ср кг)кг аас «=0,75 «=0,85 Рг ааа 25 15,77 15,63 35 15,31 15,13 50 14,59 14,49 75 14,17 14,07 100 13,84 13,75 Используя данные о весовом составе топлива, полученные в примере 10, можно найти удельный расход компонентов; по данным примера 10 имеется: пРн а 0,75 кг 19 ЗМ, к«=80 7М пРв а = 0,85 ко=17 4М ° ко = 82,6М. рания а~,„Эти кривые располагаются на диаграмме тем выше, чем больше используемый в ЖРД перепад давлений, т.
е. чем больше давление в камере сгорания. На эту же часть диаграммы можно нанести кривые газовой постоянной на выходе из сопла Йо. В приложении 'ЧП дана диаграмма для топлива: керосин+ +96%-ная азотная кислота. Ниже приводится пример расчета по этой диаграмме. Пример 13. Определить по диаграмме 1см.
приложение Ч1Ц влияние давления в камере сгорания на удельный расход топлива: керосин+96%-ная азотная кислота при а'=0,76 и а=0,86. Из диаграммы для заданных значений коэффициента избытка окислителя находим: Подсчеты дают следующий удельный расход компонентов в кг/кг час.
а=0,75 а=0,85 ра ата с,„ с,. с,„ с,. Удельный объемный расход компонентов при их удельных весах 7,=0,82 кг/л и 7,=1,488 кг/л получается следующий: а л/кг чаг а=0,75 а=0,85 р~ ама 8,70 12,02 25 35 50 75 100 25 35 50 75 100 3,71 3,60 3,44 з,зз 3,26 З,О4 2,95 2,82 2,73 2,67 8,58 8,32 7,93 7,71 7,52 12,73 12,36 11,77 11,44 П,17 12,29 11,92 11,37 11,04 10,78 3,32 3,21 3,07 2,99 2,92 2,72 2,63 2,52 2,45 2,39 8,41 8,05 7,83 7,65 12,91 12,50 11,97 11,62 11,36 11,62 11,12 10,82 10,57 ! о ф Я О С С' съ сч с о о о о о !! м"~ -~" Т о о о ! о о о ! Сс оо о, оХ сс ! о о ! Сс ! о о й о о О О О ! ! ! ! о о о о о ч о СО Р Я СО сд сч о о о о с ! о ! о О ! о о ! о ! Сс о о о с'с СО СО сч сО СО со сс сО СО 'с' сч о о о ! ! ! о о о СО СО О со СЧ СЧ $ о о о "! о о с ! о ! о ! о о о ! о ! о со СО о О СО сО С' со со о о СО ЧС О ! о с»Х о сх с ! О Сс ! о со Я о Х о ! о о о о о о о ! ! о о о Ос м3 ОО о о о ! ! о ссО Х с~ ! сс ! о ! Сс ! о Сс о О о о ! о ! о Сс о о о сО С' Я сО со СО СО СЧ с'0 сО с СЧ СЧ СО СО СО О О О о О СО о о Сс" сс о сч СО С о о о ! ! о о с О о о о сс Сс ь о сч о о 3 й о о а о" о с о о со ф88фо о Х сс, о о О оо о, о о сх Х сс, О о сс, о о ! о о ! ! о о о 1 И о о о о о с о о сО 3 о ! ь о Я о" с ! о со о ! о 8 о о С о Ю о ! о 3 7 Сс С о о со о ! о с с СЧ Сс ПРИЛОЖЕНИЕ Лл! РАСЧЕТНАЯ ДИАГРАММА ДЛЯ ТОПЛИВА: втваовый спирт СеНвО+перекись водорода (ве 80%1 кттяя Кг /тяяя Кг ККЯЯ кг КК~~ Я Кг 25лтттт 20лтттт Ос+сс (1 Кн)Кт М 02 1ФОО МПО 1900 Фдд 22, лк «дВ 6'=100% се=025 lд 1аа 1500 Й =0,В 215 1300 1500 1500 06=0,05 О О О л лв=д В 1200 1гоо 1200 0256=100' 00~ Р 61 90 О~ 90 ВО 7д /ОГ тда лК=0,0 Вд =1,0 1100 1100 1100 205 70 0 Ф 99 „0 лк=1 0 т Г .ф сл 1д 1000 1000 1000 200 ЛО д' лО Впп- 1) 0' 100~ ~.' ' 1500 1500 Вд 0 гпдп гтдд ггдд стдс дВ аеь 0„7 005 Тодлиио 1гд 110 Еда Па 'Яй.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
