Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Для охлаждения используют жидкие или газообразные охладителн, в некоторых случаях возможна защита стенок без применения охладителей. На рис. 22.1 и в табл. 22.1 кратко охарактеризованы основные способы защиты стенок. В дополнение к этим сведениям необходимо отметить следующее. При организации наружного проточного охлаждения в подавляющем большинстве случаев реализуется вариант регенеративного охлаждения. Способ этот впервые предложен еще К. 3.
Циолков- Геяпоиоопя- ддпячионнае нная еаигио>а окса>ндение мностное окпангдение Способы Сподеркноспг сдннопгренним лагмуносом уйосом Э~Ш4атб массы массы Внутреннее кпанудени е Нарушенное окна>ндение проточное радиан> ааниоу7.'~~- адесное ТРанспиРаонное месйтдф~ аопойй иионное Жидност- Гаоодан ная оадеса за оса Ядгпономное Раб д>еРа ти нос Рвс. ууз.
классвбгнкадна основных снособоа защиты сгенок Вид1 Рнс. М.2. Схема наружгюго вроточного охлахгденнн камеры давгатела. работающего на кемвовевтак о,+им л — учасиж регеиеративного охлаждена» водородом; б — участок охлажденни водородом с исследующим мстечением его через реактивные соила ским и знергетически целесообразен, так как тепло, отбираемое от стенок, не теряется, а возвращается с компонентами топлива в камеру сгорания. Особым вариантом проточного охлаждения является способ, когда отобранное тепло передается компоненту топлива, но не возвращается с ним в камеру сгорания, а используется для получения тяги в специальных реактивных соплах.
Очевидно, что это более или менее рационально лишь при использовании в качестве охладителя топливных компонентов с малой молекулярной массой, прежде всего водорода. Схема такого варианта охлаждения„реализуемого на части сопла, приведена на рис. 22.2. Автономное проточное охлаждение применяется при некоторых стендовых испытаниях, когда нужно иметь свободу выбора вида охладителя (удобно, например, применять воду) и его расхода.
Для внутреннего завесного и транспирациониого охлаждения целесообразно использовать один из компонентов топлива (предпочтительнее горючее, поскольку оно создает восстановительную среду) или ннзкотемпературные продукты газогенерации, Любой способ защиты или их сочетание (комбинированные системы зашиты) должны обеспечивать в течение заданного времени Таблица 22.1 Основные способы защиты стенок темииритуризи ииитримми Наитиями Оирихтьеиие пллаьуитела Гае~ гехи Гггг гсг.» галерии пратт иечнь гллб гиз г пере пресы "сг гегх Транспирацнониое ох- лаждение йгеа йитеиа Тете Наружное охлаждение Проточное охлаждение Автономное охлаждение Регенератнвное охлажде.
пе Радиационное охлажде. иие Внутреннее охлаждение Внутреннее охлаждениее организуемое смесительной головкой Завесное охлаждение Отвод тепла от элементов конструкции к охладителю или в окружающее пространство Наружное охлаждение охладителем, протекающим по каналам в стенке Проточное охлаждение, при котором отводимое тепло не передается компонентам топлива Проточное охлаждение, при котором отводимое тепло передается компонентам топлива Наружное охлаждение, осуще- ствляемое излучением тепла в окружающее пространство Уменьшение теплового потока к элементам конструкции путем создания на их поверхности защитного слоя жидкости илп газа Уменьшение теплового потока благодаря созданию с помощью смсснтельной головки пристеиочного слоя с низкой температурой (обычно мм ьт(йм и) Внутреннее охлаждение, осуществляемое путем создания защитного слоя жидкости (жидкостная завеса) или газа (газовая завеса), текушсго вдоль стенки Внутреннее охлаждение, осущ ествляемое путем вдува в пограничный слой газа или пара через пористую или перфорированную стенку Продолжение Темааратттжа анаграмма Оарааалеиие Наааанаа Предотвращение перегрева элемента конструкции путем поглощения тепла его материалом без уноса массы Емкосгное охлаждение йжстия Т т снгенна .
Тсг з ЛТ Тс ге Гя темга Абляционное охлаждение Предотвращение перегрева эле- мента конструкции путем погло- щения тепла его материалом с уносом массы Т Тел Тст.л лрннтлрнага татераюг Теплонзоляционная за шита Уменьшение теплового потока кк огневой стенке с помощью теплоизоляционных покрытий, обладающих высоким термическим сопротивлением Тат.х необходимое тепловое состояние стенок, обусловливаемое требованиями их жаростойкости и прочности.
Ниже рассматриваются расчетные методы определения теплового состояния стенок конструкций при различных способах их защиты. Поскольку физика явлений теплопередачи лри автономном и регенератнвном наружном проточном охлаждении одна и та же, принята такая последовательность изложения: в равд. 22. 2 рассматриваются общие физические характеристики, одинаково относящиеся к рвали жым видам проточного охлаждения, а в равд, 22.
3 — специфика регенератизного охлаждения, обусловленлая ограниченным расходом охладителя. Известными исходными данными для всех расчетов являются значения плотности теплового потока гу и ее составляюших гу, и д . рассчитанные методами, изложенными в гл. Х1Ъ': д=гуа+Чл где д„= а(Т,— Т„,). Для удобства введена некоторая условная величина коэффициента теплоотдачи от газа к стенке о,', учитывающая и конвективный и лучистый теплообмен: а,=а,+ и» Та — Тат г (22.
1) 266 При этом выражение для плотности теплового потока принимает вид ц=а,"(Т,— Т„,). (22. 2) 22.2. НАРУЖНОЕ ПРОТОЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ 22. 2. Ь ОБЗЦАЯ СХЕМА ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА Па рис. 22.3 показана схема передачи тепла от газа к охладителю через разделяющую стенку. Рассмотрим стационарный режим теплоогдачи.
В тепловом пограничном слое газа толщиной б, тепло от газа передается к стенке. Уравнение этого процесса, как упоминалось, имеет вид ф= ат(То Тото)' газ ! Через стенку тепло передается в силу теплопроводности, что описывается Ц~ уравнением ц=(Т„, — Т„„) Т„,р,„, (22.3) й — 'Г ! где Ао — среднее значение коэффици- 112 рот ента теплопроводности материала ! стенки, обычно вычисляемое при температуре Т„=(Т,.„+ Т„)/2. Рис. 22.2. Температурная Анаграмма вря наружном иротооием ехаажис- вня Ф= 1 (Т Т) — + — +— а, 1ст а» 1 ° В 1 Величина —,+=+ — представляет собой термическое сов, Лот ах противление теллопереходу от газа к охладителю. Оиа состоит из (22. 5) 287 Уравнение (22.3) записано с некоторыми допущениями, а именно: тепловой поток принят одномерным, распространяющимся только по нормали к стенке (по радиусу); стенка считается плоской, в связи с чем не учтено различие в'площадях внутренней и внешней поверхности стенки, а величина д принята неизменной.
Эти допущения мало отражаются на результатах расчета. В тепловом пограничном слое охладителя (хладагента) толщиной б тепло передается от стенки в охладитель и температура снижается от Тот до Т . Уравнение этого процесса имеет вид д=,(Т,т„— Т,), (22. 4) где ат — коэффициент конвективной теплоотдачи от стенки к охладителю. Совместное решение уравнений (22.2) — (22.4) дает следующее уравнение теплопередачи от газа к охладителю через разделяющую стенку: термических сопротивлений газа 1/и,', стенки б„/А„и охладителя 1/а . При характерных для современных ЯРД значениях величин, входящих в формулу (22.5), влияние термического сопротивления газа на температуру стенки наиболее значительно. век ь певедхчА теплА че ез стенкР Уравнение теплопроводности (22.3) можно разрешить относительно температуры Т„.„: т„,=т, Р,,~„. (22.
6) Увеличение толщины стенки повышает ее термическое сопротивление и согласно уравнению (22.5) несколько уменьшает плотность теплового потока. Одновременно увеличивается температура стенки со стороны газа Т„,=Т, — г//а,. (22. 7) Увеличение коэффициента теплопроводности уменьшает термическое сопротивление стенки и увеличивает допустимую плотность теплового потока, которую может пропустить стенка без перегрева. В связи с этим изыскание высокотеплопроводных материалов для охлаждаемой стенки камеры составляет важную задачу материаловедения.
32.2.3. теплоотдАчА в охлАдитель В качестве охладителей при наружном проточном охлаждении используют и горючие, и окислители. Применение горючих предпочтительнее, так как они обычно имеют более благоприятные тепло- физические свойства и, как Р/рк правило, не создают агрессив- ной среды. Однако горючего -Т всегда меньше, чем окислите- "р ~Р Р р' кр ля, и его может оказаться неЗ~Зея ДОСтатОЧНО. ел~ ° Р 'г В связи с различием свойств охладителей и условий приме- нения их в охлаждающем И л тракте возможны различные р,р, у.» Т режимы теттлоотдачи На рис. ,) / ' / 22.4 эти режимы классифици- 4 й-„.р рованы в зависимости от дав~во ов~ Газ ления и температуры охладииасы геля по отношению к критичеПар ским параметрам. Стрелками в поле графика показано направл ГО Т/7~л ление изменения параметров охладителя в тракте охлаждения. Рве.
ЙМ. Рожевы тевлоотлотв в овлолвтееь При докритических температуре и давлении (режим А) охлади- тель может находиться или в жидкой или в паровой фазах. Границей этих состояний служит зависимость давления насыщенного пара от температуры р =)(Т), или, что то же самое, зависимость температуры кипения от давления Т =)(р). Возможно и двухфазное состояние охладителя, механизм возникновения которого будет рассмотрен ниже. При сверхкритическом давлении и докритической температуре (режим В) охладитель представляет собой однофазную капельную жидкость. При сверхкритических давлении и температуре (режим С), а также при условиях режима В охладитель находится в газообразном состоянии.
Режимы теплоотдачи одного и того же охладителя могут быть различными при различных усповнях в охлаждающем тракте. Возможно, как это показано на рис. 22.4, что в тракт охлаждения поступает жидкий компонент при докритической температуре, затем он нагревается до сверхкритической температуры и далее становится газообразным охладителем. Ниже указаны наиболее характерные режимы теплоотдачи в топливные компоненты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
