Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 64
Текст из файла (страница 64)
' ', 0,47 11,2 ЗВОО Давление выхода охлаждающей жидкости из охлаждающего тракта р примерно считаем равным сумме давления в камере двигателя и перепада давления на форсунках Ь рф. Если считать арф — — 6 кг/смг (обычно арф известно из расчета форсунок), то р„„= р, + Ьрф —— 23+ 6 = 29 кг/еггг. Для (е, =29 кг/см' температура кипения азотной кислоты Тз, равна примерно 230 — 250' С, т. е. Т, <Т,. Следовательно, азотной кислоты вполне достаточно для охлаждения каыеры двигателя.
По формуле (ЧП. 51) подсчитываем подогрев охладителя и температуру его Т на каждом из участков, Данные расчета Т приведены в строках 14 и 15 табл. 26. Переходим к определению коэффициента теплоотдачи от жидкостной стенки к жидкости и н температуры жидкостной стенки камеры двигателя Т „. Величину а.„определяем по формуле (ЧП. 18) а = 75 бг,— ~ '"л) ' р 333 Для щелевого охлаждающего тракта на каждом участке 4Рж 4!ож с Ио ож — = П 2Г« где с( с — средний диаметр охлаждающей щели на 1-том участке в м; Р,= о!. х о, — проходное сечение щели на 1-том участке в мв.
После подстановки значения Нж соответствующих сокрашений и подсчета постоянной формула (ЧП. 18) для случая щелевого охлаждениялримет вид Оо,в ох«' охл (НП. 60) Для данного примера; подставив значение бо,в 11 2о,в 6,9 и Ь, =0,002 м, получим а =91 1002 в охл С (Ч11. 61) В данном случае величина Я нам известна, так как известна температура жидкости на каждом участке. Для подсчета коэффициента 8 определяем температуру жидкостной стенки Т по выра- жению т =Т вЂ” — 7..
ь ж,сх с,сх (Ч11.62) 7, „=Т+— «ж (Ч11. 63) Очевидно, что Т полученная по формуле (НП. 62), может отличаться от Т „полученной по формуле (ЧП. 63), так как Т, в формуле (ЧП.62) являлась величиной заданной. Проверим соответствие принятого и рассчитанного распределения температур Т,.„. Зная Т „, по формуле (НП. 55) определяем Т „для каждого участка. Данные расчета Т„и Т„„приведены в строках 23 — 26 табл. 26. На фиг. 107 показана кривая получившегося в первом приближении распределения Т, по длине стенки каме- Теплопроводность нержавеющей стали, как видно из графика фиг. 93, мало зависит от температуры, поэтому считаем коэффициент теплопроводности Х постоянным по длине камеры двигателя и равным 18 ккал М.
вас«С Зная Т „, определяем 8 и затем по формуле (ЧП. 61) подсчитываем а Данные расчета приведены в строках !6 — 22 табл. 26. Определив а для каждого участка, по формуле (ЧП.53) находим температуру жидкостной стенки на каждом участке ры двигателя. Как видно из табл. 26 и графиков фиг. 107, расхожденн~я заданной и полученной Т, „на некоторых участках достигают 9,5%. Обычно при расчетах желательно, чтобы расхождение заданной м полученной Т„не превышало 5%.
Поэтому задаемся новым распределением Т„„, промежуточным между заданными и полученными:в первом приближении распределениями Т„„. Вновь заданные значения Т„„приведены в строке 27 табл. 26 и на фиг. 107. Как видно из графика фиг. 107, во втором приближении принято криволинейное ~распределение Т„по длине камеры. Проведя вторично все расчеты, определяем о/„; л/в и Т„. Результаты расчета приведены в строках 28 — 30 табл. 26 и на фиг. 107. Как видно из сопоставления заданной и полученной Т„ „, расхождение между ни~ми не превышает 2о/о и поэтому полученные результаты расчета можно считать окончательными.
$44. ДРУГИЕ ВИДЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖРД При увеличении давления в камере двигателя и применении топлив высокой теплотворной способности суммарные тепловые потоки в стенки камеры двигателя сильно возрастают (фиг. 108) и достигают таких велвчин, при которых снять весь тепловой поток наружным охлаждением невозможно ккал (предельная величина е/в опре- с/ ш — , деляется условиями процесса в са камере двигателя, родом охлаж. дающей жидкости и материалом стенок камеры двигателя).
В этих случаях применяются другие способы охлаждения стенок камеры двигателя или предохранения их от преждевре мениого прогорания. Как уже указывалось, наи- более часто применяются следующие способы защиты стенок камеры двигателя. 1. Внутреннее охлаждение жРД. 2, Смешанное охлаждение ЖРД. Кроме того, имеется ряд попыток защиты стенок камеры двигателя от прогорания с помощью покрытий или путем аккумуляции тепла.
Внутреннее охлаждение Прн внутреннем охлаждении камеру двигателя предохраняют от прогорания, создавая около стенки слой газа пониженной температуры но сравнению с температурой ядра потока. Этот слой обычно называют присгеночным слоем. 337 З2 Г. Б. Сииярев и М. В.
Лобровольсяив Если при наружном охлаждении задача сводится к тому, чтобы как можно эффективнее отбирать тепло, поступающее в не защищенную от воздействия нагретых до высокой температуры газов стенку, то при внутреннем охлаждении задача состоит в том, чтобы путем создания пристеночного слоя поннженной температуры снизить тепловые потоки, идущи~е в стенки камеры двигателя. Снижение температуры га~за в пристеночном слое достигается путем искусственного обогащения этого слоя одним из компонентов, который в этом случае и является охладителем. Обычно таким компонентом является горючее. иидкастнмй загиилгныйслай Гарма Ьислшп на галиани сменку камеры сгаранип и сопли Фиг.
109. Внутреннее охлаждение камеры двигателя. Подача избытка горючего в пристеночный слой производится или путем соответствующего расположения форсунок на головке камеры двигателя (см. ниже Э 50) или через специальные пояса подачи жидкости на внутреннее охлаждение, которые могут быть расположены как непосредственно у головки камеры двигателя, так и в цилиндрической и сопловой частях камеры. В некоторых случаях на внутреннее охлаждение можно подавать воду или газ. Если на внутрен~нее охлаждение подается жидкость, то под воздействием сильных тепловых потоков она испаряется и над слоем жидкости создается защитный слой из паров жидкости (фиг.
110). Таким образом, получается как бы два защитных слоя: пара и жидкости. Поступающая жидкость под воздействием потока продуктов сгорания высокой скорости растекается по стенке камеры очень тонким слоем. Ввиду испарения жидкости толщина парового слоя над жидкостью увеличивается по направлени~ю движения потока и продуктов сгорания. Увеличение парового слоя происходит до участка, где жидкость испарится полностью. За этим участком происходит уже постепенное уменьшение толщины парового слоя ввиду перемешивания его с основным потоком, т. е. размывания паровой завесы. Однако интенсивность размывания парового слоя относительно невелика и поэтому защитное действие парового слоя сохраняется на относительно больших расстояниях (порядка десятков сантиметров).
Так как удельный вес пара во много раз меньше удельного веса жидкости, то паровой слой имеет ббльшую толокну, чем слой жидкости. Кроме того, поскольку теплопроводность пара во много раз меньше теплопроводности жидкости, термическое сопротивление парового слоя в несколько раз выше термического сопротивления жидкостного слоя. В результате совместного влияния этих двух факторов защитное действие жидкостного слоя мало по сравнению с защитным действием парового слоя, и можно считать, что основным защитным слоем является паровой слой.
лтодкостный слой Падодой оао1итный слой хладитель Фиг. 110. Схема защитного действия внутреннего охлаждения. На фиг. 111 приведены данные опытов автора по изменению тепловых потоков по длине камеры ЖРД при подаче на внутреннее охлаждение воды. Рассмотрим изменение тепловых потоков на каком-либо участке камеры, например, в секции 8 (фиг. 111) в зависимости от секундного расхода воды. Мы видим, что прв малом расходе воды на внутреннее охлаждение (до 1 г/сек) значительного уменьшения тепло- отдачи в стенку камеры двигателя в секции д (критическое сечение сопла) не происходит, так как весь образовавшийся при этом пар смывается потоком газа.
При дальнейшем увеличении расхода охлаждающей воды на рассматриваемом участке образуется паровая завеса и тепловые потоки в стенку камеры уменьшаются. При этом, как видно из графиков фиг. 111, уменьшение теплового потока в стенку прямо пропорционально расходу охладителя на завесу. Однако при расходах охладителя выше 18 г/сек дальнейшего заметного уменьптения тепловых потоков уже не происходит. Причина этого явления состоит в том, что жидкостная пленка дошла до рассматриваемого участка и, таким образом, вся поверхность сопла от пояса подачи охлаждения до секции 8 оказалась покрытой жидкой пленкой.
Очевидно, что при дальнейшем увеличении расхода охладителя поверхность жидкости, с которой происходит образование пара, защищающего данный участок стенки, больше не увеличивается, следовательно, и толщина парового защитного слоя на рассматриваемом участке остается неизменной. Повышение расхода воды го-б и агтааа б 88 5,4 52 4,8 48 44 42 зв Л,б 84 2,8 2,б 2,4 2',2 2 йб уб 1,2 О,б об О4 О2 о Фиг. 111. Вл уд 20 С г/сек 10 панне внутреннего охлаждения на величину теплового потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
