Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Поэтому при значениях р„близких к рф, следует принимать несколько завышенные значения 1зф, по сравнению с полученными по формуле (3.67). Для более точного аналитического определения р4я можно воспользоваться результатами работы [13], где получена уточненная, но значительно более сложная зависимость для определения )зфн На рис. 3.21 приведено сопоставление значений цфн полученных соответственно из опыта, по формуле (3.67) и формулам работы [13).
11О Глава 3. Сиесеобразовакие и смесительиая головка камеры ЖРД Расчет центробежной форсунки При расчете центробежной форсунки предполагаем известными расход компонента через форсунку то и его физические свойства. Расчет центробежной форсунки можно провести следующим образом. 1. Задаемся углом распыления 2ае и перепадом давления на форсунке Ьрф. В зависимости от условий работы форсунки выбираем угол 2ае и перепад Ьро в пределах 2ае = 30...120', г5рф = 0,3...1,5 МПа. Наиболее распространенные значения угла 2аф лежат в пределах 90...120', однако при некоторых специфических условиях могут потребоваться форсунки и с меньшими углами. Пределы перепада давления г5ро определяются так же, как и для струйной форсунки.
2. Зная угол 2ае, по зависимостям (3.54), (3.55), (3.60) или по графику, приведенному на рис. 3.18, определяем геометрическую характеристику А, коэффициент д и коэффициент расхода )ль. 3. Определяем площадь сечения сопла форсунки и диаметр сопла. По формуле (3.55) имеем л,= . «ух л,=,1 — л,. Г4 вв,(гьр р„' ' ~п' 4. Из конструктивных соображений, учитывая влияние различных параметров на работу форсунки, задаемся числом входных отверстий п,„и «плечом» закрутки Я,„/г,. Зная и и л /г„определяем хгвхсс гвх ха п,хА 5. Зная г, по формулам (3.65) и (3.63) определяем коэффициент трения Х. 6. При известных теперь г„Я,„, г и А по формуле (3.66) определяем ххвхсс г п,хг,х + — Я,„(Я,„— г,) 2 Если полученное значение А, отличается от геометрической характеристики А не более чем на 5%, то на этом расчет заканчивается; значения г„ Я „и гвх первого приближения принимают окончательными и определяют остальные размеры форсунки.
Если расхождение значений А и А, большое, то расчет проводится повторно. Взяв за основу полученное значение А„ по графикам, приведенным на рис. 3.18, определяем новое пе (уже с учетом вязкости), а затем новые значения г„й и г . 3.3. Центробежные форсунки /,„=(1,5...3)е/,„, /, =(0,25...1)Н,, А~Я Радиус камеры закрутки вычисляется по формуле Я е = Я + г,„. Если при расчете форсунки возникает необходимость учитывать подогрев компонента, подаваемого форсункой, то по формуле (3.67) корректируем значение коэффициента расхода, полученное в п. 2, и дальнейший расчет ведем при новом значении коэффициента расхода ц40.
Пример расчета центробежной форсунки Рассчитать с учетом вязкости тангенциальную центробежную форсунку для подачи азотной кислоты, имеющей температуру 288 К. Заданы расход кислоты через форсунку те — — 0,068 кг/с, плотность р = 1510 кг/м и динамическая вязкость 11 = 0,981 10 Па с. Р е щ е и и е. Пусть 2ав = 100' и 25рв = 0,8 МПа. В соответствии с графиком, приведенным на рис. 3.18, по углу 2ае определяем геометрическую характеристику А и коэффиЦиент РасхоДа 184.. А = 4,2, 154= 0,16. Определим размеры сопла форсунки: те 0,068 — 8 65 10 е м2 РР/20000 0,18 /2 0.8 10 1510 8/, =, — г, = — 8,65 10 = 3,32 10 , м, РР = 1,66 10 м.
Мк 314 Поскольку мы проводим расчет с учетом вязкости, то корректировку размеров, полученных в первом приближении (округление до целых чисел), пока производить не будем. Пусть Я,„/г, = 2,5 и н,„= 2. Тогда Я,„=2,5г, =2,5 1,66 1О =4,15 10, м, т,„= те /2 = 0,034, кг/с, /1ыг0 8/,„ = 1,812 10 м. = 0,906 10 ', м, По новым значениям г„ /1,„и г,„определяем эквивалентную геометрическую характеристику второго приближения А," и сравниваем ее с А, первого приближения.
Если снова получилось большое расхождение, то выполняют третье приближение. Однако обычно уже при втором приближении А," достаточно близко к А, первого приближения. 7. По полученным при последнем приближении окончательным значениям гы Я,„и г определяем остальные размеры форсунки (см. рис. 3.16): !!2 Глава 3.
Смесеобразование и смесительная головка камеры ЖРД Определим коэффициент трения Х. По формуле (3.65) имеем 48пф 4 0,068 Ке ПЫ,„4п,„0,981 10 ' 3,14 1,8!2.10 '~Г2 По формуле (3.63) находим Х = 0,0332. По формуле (3.66) получаем 4,!5 10 1,66 10 808 « = 3,80. э и,„«,„+ — !1,„(Я вЂ” «,) 2 0,906 !О +- ' 4,!5 (4,15 — 1,66).10 2 2 0, 068 =7,69 10, м, 0,2802.08.10 .2520 с(0=)~ Р0 = 769!О =3!3 10 м !4 4 3,14 «,=1,57 10 м.
Пусть а!, = 3,2 мм, «, = 1,6 мм, Я,„/«, = 2,5. Тогда Р,„=2,5«, =2,5 1,6=4, мм, ~(п А !!2 38 Пусть «,„= 0,9 мм, г1,„= 1,8 мм. По формулам (3.65) и (3.63) определяем ке,„и коэффициент трения Х при уточненных размерах форсунки: Ве,„= 34 400. Поскольку Ке„ изменился незначительно, коэффициент трения Х, вычисленный по формуле (3.63), остается равным 0,0332. Определяем значение А, по данным второго приближения: 410 1,610 0,0332 2 0,9 10 + ' 4 (4-1,6) !Оь 2 Значение А, отличается от А, на 5%, что находится в допустимых пределах.
Поэтому считаем определенные во втором приближении значения «„Я„и «,„окончательными. Определим остальные размеры форсунки: Полученное значение А, отличается от А на 9,5 %, поэтому рассчитываем форсунки во втором приближении уже по геометрической характеристике А,. По графику, приведенному на рис. 3.18, при Аэ = 3,80 находим коэффициент расхода с учетом вязкости ре= 0,18.
Определим размеры сопла форсунки. По формуле (3.55) имеем 1!3 3.4. Двулкомлолентные форсунка 1,„=1,5И =1,5'1,8=2,7,мм, 1, = 0,5е1, = 0,5 ' 3,2 = 1,6, мм, высота форсунки и =Я,„= 4 мм; радиус камеры закрутки !т„,= 11„-ь г,„ = 4 ь 0,9 = 4,9, мм. 3.4. Двухкомпонентные форсунки Схемы двухкомпонеитных форсунок. Преимущества и недостатки Наряду с однокомпонентными форсунками применяются также и двух- компонентные центробежные форсунки, основные схемы которых представлены на рис. 3.22.
Различают два вида двухкомпонентных форсунок: А — с внутренним смешением (эмульсионньзе); Б — с внешним смешением. В двухкомпонентных форсунках с внутренним смешением перемешнвание компонентов происходит в форсунке еще до поступления их в камеру сгорания. Внутри форсунки оба компонента образуют эмульснонную смесь, которая и поступает в камеру сгорания, поэтому эти форсунки часто называют эмульсионными. Такие форсунки целесообразно применять при подаче несамовоспламеняющихся компонентов, так как при самовоспламеняющихся компонентах реакция сгорания может начаться раньше, чем О Рнс. 3.22.
Схемы двухкомпонентных форсунок: А — с внутренним смешением (змульсионные); Б — с внешним смешением; а, а д — закрытые форсунки; е, е — открытые форсунли; б — полуоткрытая форсунка; ле — шелевая форсунка 114 Глава 3. Смесеобразование и смесительное головка камеры ЖРД эмульсия компонентов выйдет из форсунки„что приведет к разрушению форсунки и камеры сгорания. В двухкомпонентных форсунках с внешним смешением перемешивание компонентов происходит по выходе из форсунки.
Таким образом, можно считать, что двухкомпонентная форсунка с внешним смешением, по существу, представляет собой конструктивный блок двух однокомпонентных форсунок, обеспечивающий перемешивание компонентов в заданном соотношении непосредственно у головки двигателя. Двухкомпонентные форсунки не обязательно являются сочетанием двух центробежных форсунок. Возможны различные конструктивные сочетания центробежной, струйной и щелевой форсунок. На рис. 3.22, ж показана схема двухкомпонентной форсунки с внешним смешением, в которой соединены центробежная и щелевая форсунки. Применение двухкомпонентных форсунок позволяет улучшить смесеобразование, так как обеспечивается основное смешение компонентов еще в жидкой фазе, что приводит к более быстрому протеканию всего процесса горения, а значит, позволяет уменьшить необходимый объем камеры сгорания.
Пропускная способность головки с двухкомпонентными форсунками выше, чем с однокомпонентными центробежными форсунками. Недостатками двухкомпонентных форсунок являются, во-первых, их большая конструктивная сложность н, во-вторых, более жесткие термические условия работы головки. Поскольку при применении двухкомпонентных форсунок укорачиваются зоны распыления и испарения, фронт пламени приближается к головке и интенсивность тепловых потоков от фронта пламени к головке возрастает. Рассмотрим порядок расчета двухкомпонентных форсунок.
Расчет эмульсионных форсунок 2 г Роговх.о Ргговх.г РО = Рв.о+ ' = Рва+ 2 ' 2 (3.68) Расчетная схема показана на рис. 3.23, а. Обозначим п,„„л,„,„, иг,„„иг,„„, р„рг, тф„те „соответственно число входных отверстий, скорости входа, плотности и расходы через форсунку окислителя и горючего. Считаем, что оси отверстий подачи горючего наклонены к оси форсунки под углом О, а оси отверстий подачи окислителя — под углом 90'. Допустим, что л,„= Я,„„= Я,„, и срабатываемые перепады давления при подаче горючего и окислителя равны; действием сил трения пренебрегаем. Тогда можно записать 3.4.
Двухкомґонентньге форсунка 115 А-А где рво =р,, — давление окислителя и горючего в смесительной полости форсунки. Из равенства (3.68) при р,, = р„следует, что трах.г = ~/страх,о (3.69) где Ро а = —. Рг (3.70) Найдем расход топлива через форсунку: 1+К 1+ К„ нефе = нгф.о + нвф.г = нгф.о = ~вх.опвх.оротоах.о (3.71) К„' ' ' К Рис. 3.23. К расчету двухкомпоиентных форсунок: а — с внутренним смешением; о — с внешним смешением; 1 — эмульсия; 2 — отверстие для входа горючего; 3 — внутренняя форсунка; 4 — внешняя фор- сунка 116 Глава 3. Слгеееобразовангге и емесиглельнал головка камеры ЖРД На основании закона сохранения момента количества движения можно записать: тфхш,мК,„= пгф,ш,„,К,„+ тф,ш,„,Я,„сов О, (3.72) где иг,м — тангенциальная составляющая скорости перемешанного потока в смесительной полости, (3.73) Шсм ~~ах Ши г к„+Л е Шсм Швх.о 1+К (3.74) и из формул (3.73) и (3.74) определяем 1+К ш =ш вх.о и К +ЛсозВ 11„ (3.75) Определим плотность топлива (смеси) р,м, образовавшегося при смешении в форсунке горючего и окислителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
