Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 36
Текст из файла (страница 36)
14.6 и 14.7, рассчитанным с использованием понятия эффективной ширины полосы без учета влияния давления. При заданных значениях р;1 излучательные способности газов увеличиваются с ростом суммарного давления, При р>0,! МПа они несколько превышают значения, полученные с использованием эффективной ширины полос. 177 7 У 4удкгр -Ь, кла м Рас. 14.4. Ноартатьтьпая способпость паров аоаьг 14.а. е Расчет плотности лрчистого теплового потока мг О 1 7 о с 42г р С, к ля м Рас. 14.1.
Иоартатсаьпап способаость Ггас- аасаого гаса Лучистый теплообмен во многих случаях оказывает большое влияние на состояние и параметры высокотемпературных сред. Поэтому система уравнений, определяющих движение и состояние продуктов сгорания, в том числе и в пограничном слое, в общем случае должна записываться и решаться с учетом лучистого теплообмена. Лучистый тепловой поток учитывается в уравнении энергии введением в правую часть дополнительного члена Йчд„. Можно показать, что величина его равна интегралу от правой части уравнения (14.14) по частотам и телесному углу.
Задачу'решают методом последовательных приближений: сначала без учета излучения определяется поле параметров движения и состояния, затем вычисляют значения 1 и 411ч д,, после мого задачу о течении газа и распределении температур решают повторное поДстановкой в УРавнениЯ найДенных значений Йч 41п и т. Д. — До получения сходящихся результатов. Затем по формуле (14.13) вычисляют д~. расчеты показывают, что для продуктовсгорания ракетных топлив можно ограничиться лишь нулевым приближением: найти распределение параметров движения и состояния без учета излучения, затем вычислить! и д„.
Лучистый теплообмсн оказывает влияние и на характеристики турбулентности. При высоких температурах лучистый теплообмен в газе приводит в большинстве случаев 'к уменьшению пульсаций температуры и снижению эффективности турбулентного переноса 1 г2 (14. 18')1 Ы.7. ОСОБЕННОСТИ ТЕНЛООБМЕНА БРИ ДВУХФАЗНОМ ТЕЧЕНИИ Изменение количественных характеристик теплообмена и тренпя прн двухфазном течении обусловлены изменением параметров газовой фазы (скоростные и температурные поля, характеристики ПЗ ввергни, однако в более низкотемпературных частях потока возможно и увеличение турбулентных пульсаций температуры под а.:нянием излучения из зон с высокой температурой.
Полуэмпнрн:: ская теория турбулентного пограничного слоя с учетом лучистого ~шшообмена рассмотрена в работе (34). Лля приближенного расчета лучистых тепловых потоков можно -: ользоваться законом Стефана — Больцмана. Согласно этому акону плотность лучистого теплового потока рассчитывают по форм ле 4,=5,764е„(в, — ') — А, ~ — ) 1, ~де 5,764 — коэффициент лучеиспускання абсолютно черного тела.„ е,„— эффективная степень черноты стенки; е — нзлучательная способность газа при температуре газа Т„К; Л, — поглощательная способность газа прн температуре стенки 7;„ К.
Поскольку температура стенок в камере ракетного двигателя обычно много меньше, чем Т„ то излучение стенок играет небольшую роль. Поэтому, пренебрегая вторым членом в формуле (14.18), получим Чл =М64эсса (Тг!100) ° (14. 19) Ввиду неопределенности состояния поверхности стенки эффективная степень ее черноты а,, определяется как среднее арифметическое нз степени черноты поверхности стенки е, (поглощение тепла прн однократном падении луча) н единицы, соответствующей полному поглощению тепла прн многократных отражениях от внутренней поверхности камеры: в„0,5 (а„+ 1).
(14. 20) Значения степени черноты стенки (0(в„(1) зависят от материала н состояния ее поверхности (налнчие окисной пленки, загрязненность и т. п.) и приводятся в справочниках. Наличие на стенках сажи резко увеличивает е„. Следует отметить, что применение изложенной методики расче» та лучистого тсплообмена достаточно оправдано лишь в том случае, когда продукты сгорания однородны по поперечному сечению камеры. Наличие пограничного слоя и, тем более, пристеночного слоя, химический состав которого существенно отличается от состава в ядре потока, значительно усложняет картину явлений. Поэтому в общем случае расчет д„должен основываться на распределении радиационных характеристик илн спектральной интенсивности излучения по объему камеры.
турбулентности, условия течения в вязком подслое и др.) при взаимодействии ее с конденсатом; перемещением частиц (а следовательно, переносом теплоты и количества движения) в направлении к стенке сопла; изменением теплофизических свойств потока в целом. Влияние конденсированных частиц на некоторые параметры газовой фазы для одномерных течений рассмотрено в гл. Х1. Для определения перемещения частиц в направлении, нормальном к стенке, необходимо решение задачи о пространственном течении двухфазного потока.
Поперечные перемещения частиц в сопле могут быть вызваны силами, возникающими прн обтекании частицы потоком с неоднородным полем скоростей п давлений, силой Магнуса — в случае вращения частиц из-за нецентрального соударения. В потоке с неоднородным полем температур возникают так называемые силы термофореза, направленные в сторону пониженной температуры (из-за разной кинетической энергии молекул, соударяющихся с частицей).
Силы термофореза могут быть существенны для вязкого подслоя, характеризующегося большим градиентом температуры. Турбулентная и молекулярная диффузия также способствуют поперечным перемещениям частиц. Наконец, стремление частиц к равномерному прямолинейному движению приводит к появлению нормальной по отношению к стенке составляющей скорости и соответствующего потока частиц (инерционное выпадение частиц).
Удары частиц о стенки сопла влияют на гидравлическое сопротивление двухфазного потока и интенсивность теплоотдачи. В случае твердых частиц основная причина такого влияния заключается в изменении скоростного и температурного полей газа вблизи стенки, а также в изменении состояния и толщины нязкого подслоя. Интенсивность теплоотдачи к стенке возрастает на несколько десятков процентов. В случае жидких частиц осаждение капель на поверхности сопла может привести к образованию пленки.
Если температура поверхности достаточно низка, то возможно существование твердого слоя (и выделение теплоты кристаллизации), покрытого сверху жидкой пленкой. Пленка может иметь различные режимы течения: ламинарный, ламинарный с волнами, турбулентный. Пленка жидкости представляет собой дополнительное термическое сопротивление и способствует уменьшению интенсивности теп-' лообмена между потоком и стенкой.
Расчеты показывают, что конвективный тепловой поток в этом случае может быть даже меньше, чем для чистого газа. В то жс время теплоотдача от потока к самой пленке существенно возрастает. из-за попадания частиц, имеющих более высокую температуру, в пленку.
Многообразие факторов, определявших теплоотдачу двухфазных потоков, аа.грудняет обобшенне накопленных данных и создание необходимых теорий. Отсутствует единое мнение о форме критериев подобия, которые следует исполь- 174 а~ вать прк обобшеавп экспериментов. Некоторые сведении по методам расчета конвективнаго тепаообмена и тренин дан двухфазных потоков приведены в работах В. К. Щукина и др. *. тдля гетерогенных продуктов сгорания меняются п параметры .,' чистого теплообмена. Уравнение переноса излучения для них представляет собой интегро-дифференциальное уравнение, Его ре-. шение — сложная математическая задача, поэтому разработаны, лишь приближенные численные методы для некоторых частных случачв. Применение этих методов, а также некоторые экспериментальные данные показывают, что значения излучательной способности гетерогенных продуктов сгорания больше, чем для гомогениых, и могут составлять 0,3 — 0,8.
14.8. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ПО ТРАКТУ КАМЕРЫ Плотность теплового потока к стенкам камеры складывается из плотности конвективного и лучистого тепловых потоков Ч=Чк+Чв. (14. 21) Рассмотрим изменение составляющих теплового потока ди и д, по тракту камеры. Качественно распределение дн удобно устано-. вить из анализа изменения величин, которые определяют значения да согласно формуле (14.1) . Изменение эффективной температуры пограничного слоя Та возможно из-за изменения температуры торможения То и коэффипиента восстановления г.
Эти изменения относительно невелики„ и для качественного анализа можно принять температуру Т, посв тоянной. Распределение температуры стенки со стороны газа Т„может, быть различным. При обычных соотношениях между Т, и Т„изь еиение Т„на 100 — 200 К приводит к изменению разности (Т,— Т„) всего на 5 — 10то. Поэтому для качественного анализа распределения плотности теплового потока будем считать разность (Т,— Т.-т) постоянной. Таким образом, изменение д„ определяется изменением коэффшшента теплоотдачи а,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
