Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 50
Текст из файла (страница 50)
18.1,д), тйк и двухкомпонентными. Условно такую форсуику можно рассматривать как комбинапию двух независимых форсунок: внешней — центробежной и внутренней— струйной. Обычно сначала рассчитывают параметры внешней форсунки из условия размещения струи внутренней форсунки внутре газового вихря центробежной форсунки. За счет различной дальнобойности струйной и центробежной форсунок представляется возможным рассредоточивать процесс горения по длине камеры сгорания. Распределение расходов между струйным н центробежным каскадами однокомпонентных форсунок определяется экспериментально, исходя из условий обеспечения устойчивости и завершенности рабочего процесса.
Доля струйного распыла однокомпонентиых форсунок может достигать 30% и боь лее. 18ХЬ РАСПЫЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ Процесс распыления компонентов топлива — распад струй или пелены компонентов, истекающих из форсунок, на капли — оказывает решающее влияние на рабочий процесс в камере сгорания. Распыление жидкости можно рассматривать как два последовательно протекаюших процесса: распад струи или пелены, выбрасываемой из сопла форсунки, на капли н дробление капель на более мелкие (вторичное дробление).
Оба явления обусловлены воздействием на струю и капли ряда внешних (по отношению к жидкости) и внутренних сил. К внешним силам относится сила взаимодействия со средой, в которую производится впрыск жидкости. Величина этой силы пропорциональна квадрату относительной скорости жидкости, плотности окружаюгцей среды и квадрату диаметра капли. Внешними являются и силы, возникающие при взаимном соударении струй и капель нли при ударе их о препятствие. Дробление жидкости принципиально может быть осуществлено и при впрыске ее в вакуум под действием лишь внутренних сил.
В качестве внутренних факторов можно выделить турбулентность, инерционные и молекулярные силы. Силы инерции возникают при движении жидкости по каналам форсунки. Они пропорциональны плотности жидкости, квадрату ее абсолютнон скорости и квадрату характерного размера (иапрнмер, диаметра) н так же, как и внешние силы, способствуют распаду струй и пелены жидкости. Этому хоз способствует и наличие развитой турбулентности. Внутренние молекулярные силы представляют собой силы вязкости, наблюдающиеся во внутренних слоях жидкости, и силы поверхностного натяжения на границе двух сред: жидкости и газа Силы вязкости препятствуют дроблению струи, так как уменьшают турбулентность ее и поглощают часть энергии движущейся жидкости.
Силы поверхностного натяжения, стремящиеся свести к мини- муму поверхность данного объема я)лдкости, также препятствуют распаду струй и капель. Действие внутренних молекулярных сил ослабевает при повышении темперагурьь В частности, силы поверхностного натяжения равны нулю при критической температуре, значения которой для компонентов ЖРТ относительно низки. Уровень турбулентности жидкости определяется как естественной турбулентностью, так и особенностями конструкции форсунок (возмущениями на входе в форсунку, шероховатостью каналов) и другими причинами.
Азро3инииипеские силы 3::-:...:. аыеньшенне блу '. ' толщины пелены Ираеебание переыычен Рнс. Кса. Меааннан анебасннн жнакесен стРуйнОЙ асеан Й Рнс. кса. Меканнен расныаннанна жнакестп аенчребекснеб Ферсункей Под действием внешних и внутренних сил возникают поверхностные возмущения, приводящие к разрушению струй и пленок, Схематично процесс распыления струи из единичных форсунок изображен на рис. 18.8 и 18.9. На рис.
18.8 показано, как истекающая из струйной форсунки сплошная струя сначала искривляется, затем образуются узлы и перемычки и, наконец, струя разрывается на капли. Механизм распыления из центробежной форсунки, изображенный па рис. 18.9, соответствует рабочему режиму форсунки, характеризуемому значительной скоростью истечения и развитой турбулентностью жидкости. В случае работы па режиме глубокого дросселирования при низкой скорости истечения и слабой турбулентности пелена жидкости, вытекающей из центробежной форсункн, может остаться нераздробленной.
Преобладающее влияние сил поверхностного натяжения на некотором расстоянии от сопла стягивает зту пелену в спиральный жгут. При увеличении перепада давлений постепенное возрастание внутренних инерционных я внешних сил приводит к образованию полого конуса, пелена которого разрывается на том или ином расстоянии от сопла форсунки. Характеристиками процесса распыливания являются тонкость (мелкость) и однородность распыления, форма факела распыла и его дальнобойность. Тонкость (мелкость) распй,пения характеризуется размер и капель, образовавшихся после ~«спада струи. Однородность ра ления определяется пределами изменения диаметра капель: и меньшс разность между максимала(гыми и минимальными диа рами капель распыленного топлива,'~тем больше однородность Для оценки тонкости н однородности распыла нужно знать пределение жидкости, впрыснутой через форсунку, по разм м капель„или так называемый спектр рй~пыла жидкости.
Коли венная оценка размеров капель может быть использована для чета скоростей испарения, движения капель, условий ~~лте перемешивання, качественной оценки работы тех йа илн иных элементов системы смесеобразования и дб т. п. Спектры распыла по- й« лучают опытным путем. Результаты опыта пред- 4т ставляют чаще всего графиком, по горизонтальной д 20 «р бб бб ау 1лй 1«д и оси которого откладывают диаметр капель, а по Рв.млв.м Р ы Р г веа н м ВсртякаЛЬНОЙ ОСИ вЂ” От- прв Расвыавваввв иевтрюбезгввн Еавстваен носительную массу капель, диаметры которых меньше диаметра, отложенного по горизонтальной оси. Пример такого графика приведен на рнс. 18.10.
Тонкость распыла характеризуют некоторым средним размером капель. Разные исследователи вкладывают неодинаковый смысл в понятие среднего размера капель. Часто используют так называемый медианиый диаметр, определяемый из условия, что относительная масса капель, диаметр которых меньше илн равен медиаиному, составляет О,б (см. рис. 18.10). Меднанныа диаметр капель Ы ори использовании центробевгных форсунок составляет обычно 25 — 250 магм, при использовании струйных — 200 — 500 мкм. Следует озметятгь что в условиях ЖРД изменение Н и указанных пределах практически не окаеывается на степени завершенности рабочего процесса и влияет главным образом на устойчивость (см.
гл. ХХУ1Ц. Медианный диаметр капель жидкости, распылнваемой данной форсункой (Л =сонэ(), наиболее существенно зависит от перепада давлений на форсунке (определяет скорость тп ) и вязкости жидкости. Влияние перепада давлений на медиапный диаметр капель видно на рис.
18.10. Значение И уменьшается с увеличением Арф сначала быстро, а затем более медленно. При одинаковом перепаде давлений на форсунке распыл более вязкой жидкости является менее тонким; впрыск в более плотную среду обеспечивает уменьшение среднего диаметра капель. Такие показатели процесса распыления, как форма факела и дальнобойность его тесно связаны с тонкостью и однородностью. 239 Так, стремление получить большой угол распыла зи счет изменения конструктивных параметров форсуаки приводит к уменьшению коэффициента расхода форсунки. Последнее означает уменьшение толщины пелены жидкости, выходящей из форсунки, и, следовательно, более тонкое распыление.
Дальнобойность факела при атом уменьшается не только из-за увеличения угла выхода из форсунки, но главным образом, ввиду очень развитой поверхности топливного факела. В прямой зависимости от поверхности факела находится значение сил сопротивления среды, которые уменьшают дальнобойность факела.
Кроме того, дальнобойность факела может изменяться за счет столкновения факелов разных форсунок. уииж ии, ии ит ииииииииии ит иии утиьиртпй иии фиииуипи и 0 Рнс. хы ь зпюра расходовапряжеввостн вдаль раднуса факела для двух расстояанй ат сопла П,>ЬН и — струйная форсунка; 0 — пектройежнкя и 14 ус ~0 0х 0 ьлз (О 12 т4 уи форсунка у Рве. амх. днасраннн распределенно раскодовллряжевностн пентробежной форсункой; квело входных каналов рокко й: — я ио=ойз; — — — л й -.ьах ех О ех О Важной характеристикой процесса распыления является распределение жидкости по радиусу и окружности топливного факела (рис.
18.11 и 18.12). В большинстве случаев форсунки не обеспечивают равномерного распределения жидкости в факеле. На рис. 18.11 приведены эпюры расходонапряженности вдоль радиуса факела для двух расстояний от сопла. Типичным для струйной форсунки (рис. 18.11,а) является максимум расходонапряженности на оси, для центробежной (рис. 18.11,б) — минимум на оси и максимумы на некотором удалении от нее. Подобное распределение объясняется формой факела у соответствующих форсунок. По мере удаления от сопла эпюры расходонапряженности становятся более сглаженными.
Если неравномерность распределения жидкости по радиусу обусловлена принципиальными особенностями распыления, то неравномерность распределения по окружности (см. рис. 18.12) зависит, главным образом, от конструктивных особенностей форсунки, например, от раскрытия центробежной форсунки )г, /гф и числа входных каналов. Нужно иметь ввиду, что приведенные эвюры расходонапряженности относятся к единичным форсункам и изменяются при взаимодействии форсунок. 18.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
