Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Если тело излучает лучи всех длин волн от Х=О до Л=оо п~ри всех температурах, отличных от нуля, но интенсивность излучения этого тела для каждой длвны волны пропорционально ниже, чем для абсолютно черного тела, то такое тело называют серым телом. В теплотехнических расчетах обычно требуется рассчитать лучистый теплообмен между телами, у которых известны качество поверхности, размеры и температура.
По этим данным энергия излучения обоих тел всегда может быть определена на основании закона Стефана — Больцмана. 301 Закон Стефана — Больцмана формулируют обычно так: энергия излучения абсолютно черного Мела пропорз[иональна четвер[той стЬ- пени абсолютной температурьр Ее=со (1 ) (Ч!1.22) Е=с( — ), (Ч И. 23) где с — коэффициент лучеиспускания серого тела в ккал1м"або'1 Š— лучеиспускательная способность серого тела.
Отношение лучеиспускательной способности серого тела к лучеиспускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре называется относительной излучательнгзй способностью, или степенью черноты Мела е Е (100) с (Чц. 24) Ео (Т)о оо Очевидно, что значение е лежит в пределах от 0 до 1. Так как количество тепла, отдаваемого телом, есть разность между количествами излучаемой и поглощаемой телом лучистой энергии, расчетная формула для лучистого теплообмена между двумя параллельными плоскостями имеет вид дг з=с„[( —,') -( —,') ], (Ч11. 25) к стенке 2, где д~ з — количество тепла„переданное от стенки 1 в ккал/мзчас; Т~ — температура стенки 1 в 'абс; Т, — температура стенки 2 в 'або; 1 с„= п — + — +— сз со со (Ч[1.
26) приведенный коэффициент лучеиспускания системы тел в ккал1мзчас'абс.4. Здесь сь с, и со — коэффициенты лУчевспУскаииЯ тела 1, тела 2 и абсолютно черного тела. о Здесь и в дальнейшем, в обзорной части основ теплопередачи вывод формул не приводится, Подробно см.
М. Х. М и х е е в, Основы теплопередачм, Госэнергоиздат, 1949. где Ео — лучеиспускательная способность абсолютно черного тела; со — коэффициент лучеиопускания абсолютно черного тела; со — 4,9б в ккал1м'час 'або'. В применении к серым телам закон Стефана — Больцмана имеет вид Лучистый теплообмен в газах Газы также обладают способностью испускать и поглощать энергию, но для различных газов эта способность различна. Значительной излучательной и поглощательной способностью обладают многоатомные газы и, в частности, углекислота СОх водяной пар НзО, сернистый а~нгидрид БОв Излучение и поглощение газов имеет следующие отличия от излучения и поглощения твердых тел: твердые тела излучают н поглощают лучистую энергию всех длин волн от Л=О до Л=ос, а газы поглощают и испускают энергию только в определенных интервалах длин волн, различных для различных газов.
Такое излучение и поглощение, называется избирательным, или селвкгивным. Твердые тела в большинстве своем непрозрачны для тепловых лучей, и можно считать, что излучение и поглощение у них происходит в поверх|постном слое. В газах же излучение и поглощение энергии происходит в объеме. При прохаждении лучей .через газ энергия луча вследствие частичного поглощения теряется. Величина потери энергии определяется количеством вспречаемых на пути молекул, которое пропорционально длине пути луча 1 и парциальному давлению газа р. Поэтому поглощательная и излучательная способ~ности газа зависят в основном от произведения р1; кроме того, они зависят еще ог температуры.
Опытные данные показывают, что излучение и поглощение углекислоты пропорционально Т", а излучение и поглощение водяного пара Т'. Однако для удобства в основу практических расчетов луче- испускания газов также положен закон Стефана — Болъцмана. Излучение и~ поглощение газа, отнесенные к единице поверхности занимаемого им объема, принимаются пропорциональными четвертой степени абсолютной температуры газа, Таким образом, количество тепла, излучаемое газом, определяется по формуле (Ч1!. 27) д =г с ~ — "~ ккал~'м'час, г г ~1ОО) где а„— тепловой поток, приходящийся на,единицу поверхности- массы газа е, — степень черноты газа, Величина з, зависит для данной массы от состава газа~ и фор- мы, которую имеет излучакяцая масса, т.
е. от произведения р1, а также от температуры газа Т„. для продуктов сгорания обычных топлив основными излучаю- щими составлякяцими газовой смеси являются углекислый газ и водяные пары. Среднюю длину пути луча для различных форм объема, который занимает газ, можно определить по данным табл. 21. Количество тепла, отдаваемое газом стенке, не будет, однако, равно количеству тепла, излучеиного газом. Это происходит пото- му, что, так же как и в рассмотренном выше случае теплообмена Таблица 21 Средняя длина пути луча для газовых тел различной формы длина пути луча форма газового тела 0,6 о 0,9 Д Сфера диаметром и 11илинлр диаметром а, бесконечно длинный, излучение на боковую поверхность Цилиилр высотой а = о, излучение на боковую поверхность 0,6 й (тг1!.28) й 40.
ТЕПЛООБМЕН В ЖРД Физическая картина процесса теплообмена в ЖРД Физическая картина процесса теплообмена в ЖРД может быть представлена следующим образом (фиг. 95). Тепло путем конвекции и лученспускания отдается от горячих продуктов сгорания стенке камеры сгорания. Таким образом, можно сказать, что общий тепловой поток от горячих газов в стенки дз складывается нз двух тепловых потоков: конвективного д„и лучистого аю т. е.
( тг11. 29) 'де су„= а,„(Тх — Т„т) . (И1. 30) Далее путем теплопроводности тепло передается через . стенку камеры. От стенки камеры тепло путем конвекции передается охлаждающей жидкости, проходящей по рубашке охлаждения. Если наружного охлаждения нет (что бывает при внутреннем охлаждении или при аккумуляции тепла), то тепло от стенки отдается в окружающую атмосферу. В начальный момент ~работы двигателя, когда стенки камеры и сопла еще холодные, не весь тепловой поток будет проходить сквозь стенки и передаваться охлаждающей жидкости, Часть этого теплового потока пойдет ~на разогрев стенок камеры двигателя.
Такой режим охлаждения ЖРД, при котором температура стенки и тепло- о04 между двумя по~верхностями, часть тепла, излучеиного газом на стенку, отражается от нее в газ и там поглощается. Лучистый тепловой поток су, на стенку в связи с этим определяется по следукицей формуле: д„=з' Со~а„( — ") — А„~ — ") 1, где з'.,=0,5(ем+1) — эффективная степень черноты стенки, учитывающая налнчие излучающего газа; е„— степень черноты газа при температуре газа; А„— поглощательная способность газа при температуре стенки Т . вой поток в охлаждаюйцую жидкость изменяются с течением времени, называют нестационарным режимом охлаждения. лааалиая лалла рта, Иапраблеве'ааааенил хлав1ающаа юаайагюа ~ж.ст Сюаиаа аамарат гтаралал г"ада г Фнг.
95. К объяснению процесса теплообменн н ЖРД. Т, †температу газов в камере сгораняя. Тг, т -температура газовой стенкиз, т. е, температура стенки камерм двигателя по оторопи горячих газов, Т . †температу ежидкостной стенки», т. е. температура стенки камеры двигателя со стороим охладителя, Т -температура охлаждаюжей жндкостн— охладителя. С течением времени устанавливается равновесие, пртй котором охлаждающая жидкость снимает весь тепловой поток, поступающий от горячих продуктов сгорания в стенку камеры двигателя.
С этого момента устанавливаются и остаются постоянными (на данном режиме .работы двигателя) температуры газовой и жидкостной стенок камеры двигателя и тепловой поток через стенку. Такой режим называется стационарныи режимом охлаждения. В дальнейшем мы будем рассматривать только стационарные режимы охлаждения. Особенности теплообмена в ЖРД Одной из основных задач гери создании ЖРД является задача обеспечения надежного охлаждения камеры сгорания и сопла ЖРД.
По сравнению с охлаждением других тепловых машин организация охлаждения камер сгорания ЖРД значительно усложняется особенностями процесса сгорания и~ течения газа в камере двигателя и условиями работы ЖРД как двигательной установки. Процесс сгорания в ЖРД протекает при высоких температурах и высоком давлении. Оба эти фактора способствуют увеличению тепловых потоков к стенкам камеры.
Нагретые газы движутся по камере сгорания и соплу с очень большой скоростью. Поэтому для ЖРД характерны большие массовые скорости потока. В силу этого резко возрастает коэффициент конвективной теплоотдачи от горячих продуктов сгорания к стенкам камеры двигателя а, и мы получаем конвективные тепловые потоки 20 Г, Б. сннарев и м. В. добровольский 305 (НП. 31) 306 в стенки камеры, значительно превышаквцие тепловые потоки в обычных тепловых машинах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
