Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 63
Текст из файла (страница 63)
В зависимости от необходимой скорости движения жидкости выбирается проходное сечение винтового канала. Высоту зазора Л (фиг. 104) берут 2 — 3 мм. Толщину винтового ребра Ь делают около 1 мм. Примером ЖРД с охлаждающим трактом в виде винтового'канала может служить двигатель ОРМ-65 (см. фиг.
! 27). Основной недостаток такой системы охлаждения — большая сложность выполнения нарезки, особенно на коннческой части~ камеры. Вторым недостатком являются очень большие гидравлические потери в винтовом канале. Это вызывает необходимость повышать давление охлаждающего компонента на входе, а следовательно, и давление подачи (см.
ниже, 2 54). Поскольку наибольшие тепловые потоки наблюдаются около критического сеченная камеры и для отвода их в охлаждакицую жидкость необходимо иметь большие скорости движения жидкости, то винто- вые каналы часто делают только около критического сечения, н оаг тальной же части камеры оставляют охлаждающий тракт в виде шелевого канала. Фиг. 105. Охлаждающий тоахт совловой части двигателя ОРМ-45. Так выполнен охлаждающий тракт на двигателе «Вальтер» (см. фиг.
125). Фиг. 106. Камера двигателя, ивготовлеииая ив витых трубок. Эквивалентный диаметр охлаждающего тракта, выполненного в виде винтового канала прямоугольного сечения, для расчета теплооймена подсчитывают по выражению (ЧП1. 58) П 2(а+а)л а+ а 325 На фиг. 105 показана сопловая часть двигателя ОРМ-45 конструкции В. П. Глушко. Здесь охлаждающий тракт также выполнен с винтовой нарезкой.
Интересно отметить, что высота нарезки равна половине высоты щели охлаждающего тракта двигателя. Разновидностью винтового охлаткдающего тракта можно считать охлаждающий тракт, состоящий .из трубок. В этом случае стенки камеры двигателя делакхгся из медных или стальных трубок, плотно прилегающих друг к другу. Внутри трубок проходит охлаждакяцая жидкость (фиг. 106). й 43. ПРИМЕР РАСЧЕТА НАРУЖНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ КАМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ Произвести проверочный расчет охлаждения камеры двигателя, работающей на топливе: 96%-ная азотная кислота+керосин. Расход горючего 0„=2,7 кг/ггкг расход окислителя 6,=11,2 кг/сек.
В результате теплового расчета получены следующие данные: температура сгорания Та=2853' абел давление в камере сгорания рт=23 кг/слет; показатель изоэнтропы истечения п,=1,18. Двигательная установка должна работатыпри изменении температуры окружающей среды в пределах от +%' С до — 50' С. Состав продуктов сгорания в камере приведен в табл. 24. Таблица 24 СО Компонент н,о СО н, 3,63 9,77 1,68 4,13 0,30 3,40 Примечание. Доля других компонентов продуктов сгорания в смеси газов настолько мала, что в данном расчете ими можно пренебречь.
Охлаждающий тракт выполнен в виде щелевого зазора. Высота щели постоянна по длине охлаждающего тракта и равна 2 мм. Толщина внутрен~ней оболочки камеры двигателя также постоянна по длине и равна 2 мм. Основные размеры охлаждающего тракта и основные размеры камеры двигателя приведены на фиг. 107. Материал стенки камеры — ~нержавеющая сталь. Решение проводим в порядке, изложенном в 9 41. Задаемся температурой газовой стенки: В камере сгорания и на входе в сопло . . . .
. . .. . . Т, = 450 'С = 723' абс. В критическом сечении ... Т„ „ = 825 ьС = 1098' абс. На срезе сопла . .. . , .. Т„ = 350 'С = 623' або. В первом ~приближении изменение Т„„по длине камеры считаем прямолинейным. 326 )7ефпе Ооиблииение апл) 1оао аоа 700 'участка О ККаа/МЕЧае ОКОНЧОО1ЕПЬНОО)7йаароичЕООННО у и ТИЕГ О. 10 5 10 Мо 5 10е НОО 2.1ае 1000 900 1 10 воп 700 а 500 1Ч 15 12 и 10 5 В 7 О 5 а; Ч 1Н'ччастка Фиг. 107.
К примеру расчета охлаждения иамерм двигателя. уг.ет 1200 1-е арапл) а1лелрапл) ,т ООС 1200 График заданного распределения Т, приведен на фиг. 107. Подсчитываем теплоемкость с,„и вязкость при температуре газовой стенки на входе в сопло. Данные расчета сведем в табл. 25. В результате расчета получим ср, — — 0,3535 ккал/кг'С; яа, =2,98 10-з «г/мсек. После подстановки этих значений и значений 6'" в формулу (ЧП.13) она приобретает внд а„=34>8 —,щ ( — ') ' т,,з,зз Обратим внимание на то, что величина( — / благодаря ма~т, ) лой степени, в которую возводится отношение температур, меняется .в узких пределах. Поэтому значение коэффициента теплоотдачи а, меняется ло длине камеры двигателя в основном пропорционально 1 величине ср Разбиваем камеру двигателя на 14 участков и по полученному выражению (ЧП.
59) подсчитываем коэффициент теплоотдачи а„ от горячих продуктов сгорания к газовой стенке камеры для каждого из участков. (Прн проведении вычислений здесь н в дальнейшем все числа округляем в пределах точности счетной линейки.) Зная а„, по формуле (ЧП. 43) определяем конвективный удельный тепловой поток в стенку а,. Расчет величин а, и а, приведен в строках 1 — 9 табл.
26. Переходим к определению лучистых тепловых потоков д,. Определяем составляющие его для трех сечений по формулам (Ч11. 44) и (ЧП. 45). В камере сгорания Тз=2853' або.; Т,, =773 абс. Приведенная длина пути луча 1=0,9Ы=0,9. 0,250=0,225 м. рсо,=3,63 кг/см', рн,о=9,77 к%м'. асс,=3,5'р' 3,63 0,225 ~~ — ) — ~ — ) ' 11 = 388000 ккал/м' час; Г!2833~3 Б г773~3Л 1 Е 100) ~100) 1 дно=3,5 977аз 0,225аз~~ — ) — ~ — ) ~=193000 ккал/м'час. ~~100) Ы! По формуле (ЧП.
46) д, = 388 000+! 93 000 = 581 300=0,581 . 10' .ккал/мзчаг. В критическом сечении Т = †' = =2620' абсл 2Т~ 2 2883 низ+1 1,18+ 1 Те„1073 абс. Номер участка Обозначение и размерность Наименование величины 0.214 0,202 0,190 ггср в м 1 Средний диаметр участка 4,67 4,95 5,26 3 Ы'" 20,5 16,5 18,3 635 684 735 уг,сг в 'абс. 4,49 4,17 3,88 1,692 1,649 1,608 Коэффициент теплоотдачи от с„ вякал/мекал 'С газа к стенке 972 1050 1148 2218 2169 Тз — Тг.сг 2! 18 ккал/мэ час 2,15 2,28 2,43 10 0,040 0,060 9,.10- ккал!мтчас 0,080 2,19 2,34 4,.10- клал/мэчас 2,51 0,0207 0,0196 гг=касрг в мэ 0,0184 13 Тепловой поток на участке йх Уг.
10- 0,0453 0,0462 14 57,5 гвых 52,5 № стро- ки Заданная температура газовой стенки (1-е приблф Конвективный удельный тепловой поток Лучистый удельный тепловой поток Суммарный удельный тепловой поток Площадь поверхности, через которую происходит теплооб- мен Температура охлаждающей жид- кости на выходе из участка 1 Пср Т, 1 г.сг Дднные по расчету охлаж ж.ст=Тг.ст йтст 18 19 20 аг«тл с в лг 21 3,34 3,50 3,67 «ж ккал(мт час «С 17150 18550 20200 23 128 126 124 «ж '7х Гж.ст=сср+ «ж . 1гсг=сж.ст+йссг 422 2 439 7 459 2 26 27 Тг в 'абс.
673 698 732 Полученная температура газовой стенки (2-е прибл.) 2,25 2,44 4„.10- ккал/лат час 2,11 2,31 2,52 7,.10- клал(лттчас 332 емпература жидкости при заданной Тг.ст Средний диаметр охлаждающей щели на участке Козффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей жид- кости Полученная температура жидкостной стенки Полученная температура газовой стенки (1-е прибл.) в'С Полученная температура газовой стенки (1-е прнбл.) в 'абс. Заланнан температура газовой стенки (2-е прнбл.) Конвективный удельный тепловой поток (2-е прибл.) Суммарный удельный тепловой поток (2-е прибл.) 1,17 1.195 1,225 0,0482 0,0486 0,0492 0,221 0,209 0,197 179,2 179,7 180,2 Тост в 'або. 695,2 712,7 732,2 Тг.сг в 'або.
675 706 734 Приближенно считаем, что парциальные давления отдельных продуктов сгорания изменились пропорционально общему давлению газовой смеси 1такое допущение приемлемо ввиду малого изменения температуры). Давление в критическом сечении р~ равно пиз н~в р„р — — ( --) р, =( ) 23=13,1 кг/см'. Следовательно, 13,1 рсо, 3,63 — ' = 2,07 кг/см'; 23 рн,о = 9,77 — ' = 5,56 кг/см'1 13,1 /=0,9И„=0,9 0,108=0,0972 м; Г 12620М з (1073зв,з1 сосо,=3,5 $~'2,07 0„0972 ~( — ) ' — ( — ) ' ~ = 181 000 ккал/м'час; 1~100) 11 ) 1 Дн,о=3,5 5,56зв.0,0972зв~( — ' — ( ) )=32600 ккал/м'час; Г/2620~в з1073вз1 ' 11Е100/ ~100)! ~у, = 181 000+ 32 600= 213 600 ккал/м'час.
На срезе сопла давление рз=1 апза. Следовательно, Рсо,= — '=0,168 кг/см'1 3,63 23 рн,о = 0,425 кг/смз1 /=0,94=0,9 0,22=0,198 м. Температура на срезе сопла Тз находится по известному соотношению злв-з гр ~ ввэ ~1~ злв рз 23 з Чсо,= 3 5 1/0,168 0,198 1/ — 11 ' — / — 11 ' ~ = 24 500 ккал/м' час; г( 100 / (100) Чн,о =3,5 0,425" 0,198вл ~( — ) — ( — ) ) =3300 ккал/м'час; ГЗ!77013 7723ЗЗ1 Е~ гоо) Ьоо) ) Ч„= 24 500+ 3300= 27 800 ккал/м' час. Значения а, в промежуточных сечениях определяем исходя из принятого предположения о линейном распределении д, между сечениями входа в сопло и критическим, а также между критическим и выходным сечениями. На фиг. 107 показан график распределения д, по длине камеры. Зная д, на каждом участке, определяем суммарный удельный тепловой поток на каждом участке Че=чк+9; Данные подсчета д, и дз приведены в строках 10 и 11 табл.
26. Зная дз на каждом участке, определяем общий тепловой поток в стенку камеры двигателя ~ дг ~,=1,2297 10' ккал/чае. В качестве охлаждающей жидкости выбираем окислитель— 96%-ную азотную кислоту. Расход ее по заданию равен 6. = 11,2 кг/сек. Определяем ориентировочно температуру выхода охлаждающей жидкости — азотной кислоты. Температуру входа ее Т в соответстви~и с заданными условиями работы двигателя принимаем равной 50'С. Теплоемкость охлаждающей жидкости ориентировочно считаем равной 0,47. Тогда по формуле (ЧИ. 49) Т,„„= ' +50=65+50=115'С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
