Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Это отверстие расположено так, что ось его касательна к окружности радиуса 1свх с центром, располои Сг об' ивхе уз~и игрхг- хриг. 138. Движение жидкости ио центробежной форсунке. женным на оси сопла форсунки. Благодаря такому входу жидкость проходит через полость в сопло форсунки вращаясь. Рассмотрим струйку жидкости, которая, двигаясь по форсунке, попала в сопло на расстояние г от ее оси. Если пренебречь действием сил трения, то ткомент количества движения любой жидкой частицы относительно оси форсунки должен сохранить постоянное значение на всем пути от входа в форсунку до вьххода из сопла ее, т.
е. швх 11вх=ю« (Ъ'П1." 26) где вв — окружная скорость движения частицы жидкости в сопле на расстоянии г от оси сопла. Так как можно считать, что в среднем для любой струйки (с небольшой ошибкой за счет изменения величины )с) момент количества движения жидкости, полученный ею во входном отверстии, одинаков и равен ги„° 11,„, то скорость нх зависит от радиуса г, на который попадет эта струйка в сопле, Ы Ж/ вх~вх и г ' (Ч111. 27) 377 Пренебрегая ничтожной теоретической разностью уровней расположения входного и ооплового отверстий, давление в струйке жидкости можно определить по уравнению Бернулли Рвх хввх Р вва хви — + — = — + — + — = сопз1, 2я т 2я 28 (ЧШ.
28) где р„— давление жидкости во входном отверстии; ш,х — скорость входа жидкости, в форсунку; гв„— тангенциальная составляющая скорости жидкости на выходе из форсунки; в — осевая составляющая скорости жидкости на выходе из форсунки. Обозначив полный перепад давления на форсунке через ххр и выражая его через напор Н, получим 2 З Р Рвх Ххвх — = О= — + — = сопз). т 2а (ЧШ. 29) После этого из уравнения (ЧП1. 28) получим 2 2 Из уравнения (Ъ'П1.
27) видно, что прн гв0 378 и Из уравнения (ЧП1. 30) следует, что давление жидкости на оси форсункн должно иметь бесконечно большое отрицательное значение. Это для жидкости невозможно, так как жидкость вообще не выдерживает отрицательных напряжений, т. е. не работает на растяжение. В действительности в фо~рсупке пронсходит следующее, По мере приближения жидкости к оси форсунки скорость ш будет увеличи.
ваться, а давление р падать, только до тех пор, пока давление р не станет равным давлению окружающей среды, в которую происходит истечение (при впрыоке в камеру — давлению в каморе). Дальнейшее уменьшение давления в центральной области течения невозможно, так как одним своим основанием эта областывыходит сквозь сопло в окружающую среду, вследствие этого центральная часть форсунки не будет заполнена жидкостью.
В ней будет находиться газовый вихрь с давлением, равным давлению окружающей среды (давлению в камере). Теченме же жидкости по соплу форсунки будет осуществляться не через все сечение сопла форсун. ки, а только через кольцевое сечение, внутренний радиус которого равен радиусу газового вихря г„, а внешний радиус радиусу сопла г, (см. фиг. 138). (ИП. 31) Как следует нв предыдущего, коэффициент м зависит от интенсивности закрутки жидкости.
Он будет тем меньше, чем больше интенсивность закрутки, так как при этом уменьшаются кольцевая площадь струи и перепад давления в сопле форсунки. Как показал Г. Н. Абрамович', коэффиздиент Р является функцией безразмерной величины А, называемой геометрической хчзрактеристикой центробеясной форсцнки. Выражение для геометрической характеристики форсунки имеет вид А Йвх~ в твх (У 111.
32) Угол конуса распыла центробежной форсункн 2а также зависит от геометрической характеристики А и для обычных центробежных форсунок имеет величину 2а = 60 —:120'. Коэффициент расхода Р. и величина угла| 2а, значения которых приведены на фиг. 139 и 140, относятся к идеальной жидкости. Для реальной жидкости, обладающей вязкостью, коэффициент расхода изменяется по двум причинам: с одной стороны, расход жидкости уменьшается за счет потерь давления на трение, т. е. м уменьшается; с другой стороны, трение уменьшает момент количеств дввжения жидкости при входе ее в сопло.
Уменьшение этого момента приводит к возрастанию м за счет уменьшения интенсивности за- ' Г. Н. Аб амович, Газо Изд. БНТ, 1947. Р ч, Газовая динамика воздушно-реактивных дв гатеаей, и 379 В центробежной форсунке полный перепад-давления Ьр расходуется на создание скорости жидкости во входном отверстии зе и на создание осевой составляющей скорости ш в сопле форсунки. Чем больше скорость те,„по сравнению со скоростью ш, тем больше тангенциальная скорость жидкости и тем большая часть перепада давления тратится на создание входной скорости. Чем больше интенсивность закрутки жидкости, т.
е, чем больше отношение тангенциальной скорости к осевой, тем меньше проходное кольцевое сечение сопла 1,, используемое для прохода жидкости. Указанное обстоятельство является следствием того, что при возрастании интенсивности закрутки увеличивается радиус газового вихря т . В теории 'центробежных форсунок распределение перепада давления между входным сечением и соплом, а также величина кольцевого сечения сопла учитываются одним коэффициентом расхода 9, который вводится в формулу расхода жидкости, протекающей через центробежную форсунку, а весь перепад давления условно отнесен к сопловому отверстию.
Эта формула имеет вид крутки. При этом влияние уменьшения интенсивности закрутки оказывается более сильным, чем влияние воэрастаиия потерь на трение. Поэтому коэффициент расхода для реальной жидкости, текущей через центробежную форсунса ку, больше, чем его значение для идеальной жидкости. о,в 2 се' 120 Об во Об 40 0,2 0 1 2 3 4 ол О ! 2 3 4 О ОЛ Фиг 139.
Зависимость коэффициента расхода р от геометрической характеристики форсунки А [и=у(А)1. Фнг. 140. Зависимость угла конуса распыла 2а от геометрической характеристики форсунки А, Течение жидкости по центробежной форсунке с завихрителем ничем не отличается от рассмотренной выше картины движения жидкости через форсунку с тангенциальным входом. Все выводы, полученные нами выше, распространяются и на этот тип форсунок. Расчет центробежных форсунок Расчет 'центробежных форсунок (с завихрителем и тангенциальных) проводится следующим образом.
Зная примерные габариты форсунок, можно при ~проектировании головки (см. 5 50) определить число форсунок з, которое можно разместить на данной головке. Определив число форсунок и зная расход компонента сг, проходящего через все форсунки, определяем расход компонента через одну форсунку 64. 6 Оф — — —. х Расход компонента через одну центробежную форсунку определяется выражением (Н1П. 31) 04 — — РУ,)l 2дЬРТ, где в=1(А). Исходя из желательной величины угла конуса распыла, задаемся величиной А и по графику фиг. 139 определяем р. Обычно задаются величиной А=1,5 —:4.
Зная р., находим 1", вз выражения (НП1. 31) После определения 1, и сг, следует вычертить всю форсунку, подбирая ее размеры так, чтобы получилась форсунка с заданной геометрической характеристикой А. 380 Геометрическая характеристика А для различного рода форсунок определяется из следующих формул. Для тангенциальной центробежной фдрсунки с одним входньья отверстием А=— Лвхге Гвх (Ч! 114 34) Для тангенциальной центробежной форсунка с нЮсколькиии входными отверстиями А= — '" — ', Овх (Ч1 1!.
35) й 50. СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ЖРД И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОЛОВОК Процесс смесеобразования и требования к нему Смесеобразованием называется процесс подготовки горючего и окислителя к сгоранию. В процессе смесеобразования компоненты топлива дробятся на мелкие частицы, которые перемешиваются между собой и частично испаряются. От того, насколько хорошо топливо подготовлено к процессу сгорания, в значительной степени зависит совершенство самого процесса сгорания, определяемое коэффици,ентом камеры рв, а следовательно, и удельная тяга ЖРД. где 1 — число тангенцнальных отверстий.
Для центробежной форсунка с завихрителем А вхс. (НП!. 36) Ух здесь значение )с,. равно среднему радиусу канала завихрителя (фиг. 141); Гх — площадь проходного сечения винто- вх вой нарезки завихрителя в мм', равная Ь=Ф. (Ч111. 37) где х' — число заходов резьбы завихрителя; 1х — площадь пРоходного сечениЯ одного витка завихрнтеля в мм'. Величины )с„ и г, при подстановке в формулу (ЧП1. 36) нужно брать в мм.
Завихритель надо брать такой длины чтобы жидкость делала в форсунке от х/4 до фиг. 141, центробежчая Чх оборота. При ббльшей длине завихрителя форсунка с завяхритевозникнут лишние потери давления без улучшения качества распыла. Если при конструировании форсунки нельзя выдержать принятые значения А и габариты форсунки, то расчет повторяют, принимая новые значения габаритов и геометрической характеристики А. Для обеспечения полного сгорания в камере двигателя процесс смесеобраэования должен удовлетворять следующим основным требованиям.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
