Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Характерные Компонент Режимы теплоотдаче ' ° °... В В. С А,В,С А, В А, В А, и А, В в,с Закономерности теплоотдачи в охладитель можно сгруппировать в 3 характерных вида. 1. Жидкий одиофазный охладитель (часть режимов А при Т„,<Т, все режимы В). Режим движения жидкости в тракте охлаждения,как правило, турбуленгный. В этом случае для расчета нагрева жидкости обычно применяют известную критериальную зависимость М. А. Михеева (22. 8) ст У где ас — коэффиниент, учитывающий влияние теплового начального участка; в~) 1, если 1Я<50; значения в~ приводятся в руководствах по теплопередаче (например, (821) Возможно использование формулы Нуссельта — Крауссольда, близкой к зависимости М.
Л. Михеева: () (123 Яео.е Р,о,а (22. 9) В критериях с индексом «ж» свойства охладнтсля берутся при средней температура жидкости, с индексом «ст» — прн температуре стенки со стороны охладитсля Т„, а. 10 2661 кГл,ттн Гй йлсь рг,т.п пап гпп гпп и -гпз -гоп-(а) -74п-вп и ап по ггп гпо боп 0;о Рнс. 22.б. зависимость комплекса теплоеаэическнк свойств й ет температуры дла аеаатврык компонентов топлнваг 1 †во; 2 †этилов спирт !00%; 8 †керос 7-11 4 †тон-250; 8 †несимметричн диметилгидразпв; 8 †метилгидрав; 7 — гндраэна; 8 — аэрозии; р-аммйан (а-на линни насыщении; 6 вЂ П Данпсниа Ю МПЕ)! 10 †ВОДОР [жнДКнй); П вЂ” аВОтиев КИСЛ!ага 00%! 12-80% НИОэ+ +20% Кэсп И вЂ” четырскокись азота (о — иа линии насыщенна; 8 — прн давление 10 МПа)1 14 †кислор (жидкий); М вЂ переки водорода 100% Обе зависимости нуждаются в уточнениях, так как онн не отражают влияния таких факторов, как форма поперечного сечения и кривизна канала, неравномерность нагрева и т.
п. Критериальные зависимости можно разрешить относительно коэффициента теплоотдачи. Например, из зависимости (22.9) получаем ( )0,0 (2 =0,023 „2 й, где Ы, — эквивалентный диаметр охлаждающего тракта„ В комплекс йщ сгруппированы теплофизические свойства, зависящие для данной жидкости только от температуры: 0,0 0,4 0,4 й =).ж'С.;/2)м'. На рис. 22.5 приведены значения комплекса теплофизических свойств й в зависимости от температуры для ряда компонентов ракетных топлив.
2. Жидкий охладитель в режиме пузырькового кипения (часть режимов А при Т <Л~„:-(Т +ЬТ )). Механизм пузырькового кипения кратко может быть описан следующим образом. Если температура стенки со стороны охладителя Т„к на несколько десятков градусов превышает температуру кипения охладнтеля при данном давлении, то основная масса потока (ядро) не закипает, но в пристенном слое появляются пузырьки пара. Основной поток смывает пузырьки с поверхности стенки, и они конденсируются в более холодных слоях жидкости.
, Наличие пузырьков на стенке интенсифицирует турбулентный перенос тепла от стенки через пограничный слой к основному поб ИО (22. 10) току и, следовательно, увели- ц„ чивает коэффициент теплоотдачи от стенки в охладитель. Значение а при пузырьковом кипении может быть значительно больше, чем на режиме без парообразования. Однако рост о продолжается лишь до определенного значения пере"кип г~ал ел ~пр ~с с к грева стенки ЬТ„р — — Т,,„~ — Т„„„ при котором многочисленные е ~' з" "" ч,. х Ряс. жб.
Зависнмасаь а ет т пузырьки начинают сливаться в сплошную пленку пара, изолирующую охладитель от стенки. Переход пузырькового кипения в пленочное носит название кризиса теплоотдачи при кипении, При наступлении кризиса коэффициент теплотдачи резко падает, а температура Т„, возрастает.
Общая теплоотдача в охладитель значительно уменьшается, в результате недопустимо возрастает Т„„. Качественно описанная зависимость а, от ЛТ приведена на рис. 22.6. Значение ХТ,р, соответствующее максимуму а„является предельно допустимым. Соответствующее ему значение плотности теплового потока, максимально возможной при пузырьковом кипении, называется первой критической плотностью теплового потока (д г). Аналитическое определение коэффициентов теплоотдачи на этом режиме затруднительно. Такие наиболее важные величины, как ЛТ„р и д р, для каждого охладителя определяют экспериментально.
Величины дщ> и ЬТ,г наиболее существенно зависят от скорости охладителя, увеличиваясь с ее ростом, а также от разности между температурой кипения и средней температурой в ядре потока, от давления в тракте охлаждения и от геометрии тракта. 3. Газообразный охладитель (режимы С и г)). Охлаждение газами представляет большой интерес, в особенности в связи с применением топлива Ог+Нь При использовании криогенных компонентов в качестве охладителей большая часть теплосъема приходится на газовое состояние. Охлаждение водородом может быть весьма эффективным благодаря высокой теплоемкости охладнтеля и возможности значительного подогрева. Сведения по теплоотдаче в условиях, характерных для охлаждающего тракта ЖРД, пока скудны.
Для развитого турбулентного движения при больших температурных прцдиентах (Т,~Т, г2) можно использовать критериальное уравнение г)и„=0,023Ре~.Рг,' ( — "1) ' ~Тст.хl (22. 1Ц в котором величины с индексом чх» следует определять при средней температуре охлаждающего газа. Волее надежные данные в широком диапазоне условий применения газов в качестве охладителей можно получить лишь экспериментом. рмь атл. Псконгрме сксмм варрмного вро. тотеога регснсрагненеге екаакгденнв а д Г Рве аря:. прнмср ран«века тракта аанерм ва унесена дна растете онаангденвн Вход Ф Вы ..Вг; а Второе условие связано с необходимостью не превышать на всех участках охлаждающего тракта допустимые температуры стенок, а именно: температура «горячей» стенки (со стороны газа) ие должна превосходить допустимую для данного материала по условиям жаростойкости; температура «холодной» стенки (со стороны охладителя) не должна превосходить допустимую для данного охладнтеля по условиям пузырькового кипения или разложения; распределение температур стенки должно быть приемлемым для данного материала по условиям его прочности.
Итак, для соблюдения второго условия надежного охлаждения необходимо выполнение условий: Тот г » ((Тдок) вгаростовкость~ Тот.х» (Тст+СгТвр) ° Тот н» (Тдон) вротвость. Выполнение этих условий контролируют при расчете регенеративного охлаждения. Расчет ведут применительно к принятой схеме охлаждения (примеры схем а — г приведены на рис.
22.8) по участкам.,Обычно используют ту же разбивку тракта камеры, что н при определении плотности теплового потока от газа к стенке (рис. 22.9). Ниже расчет регенеративного охлаждения рассмотрен в таком порядке: характерные этапы; анализ ограничений; общая последовательность. ж.з.т. полог»ив охлдйитвля Подогрев охладнтеля в тракте рассчитывают по ходу движения. компонента Расчет дает не только суммарный подогрев, но и местные значения температуры охладителя на различных участках. Для каждого из участков тракта составляют уравнение теплового баланса (теплоотводом в окружающую среду через наружные стенки можно пренебречь): р (22.
13) "!+1 йг,г ~ рк~аг с где 9! — количество тепла, которое должно быть воспринято охладителем на !-м участке; тх! — секундный расход охладителя там же; с, ! — теплоемкость охладителя. Величину ф определяют интегрированием д на данном участке камеры Ц: х! + и!! Ц~ — — ~ !у — Х(Е, (22. 14) сох а х! где 0 — внутренний диаметр камеры, изменяющийся на участке; а — угол наклона образующей камеры к ее оси. Если разбивка на участки частая, то можно пользоваться средними значениями д и и' для данного участка ЬТ != —.
!1!и! х! Рхгх!х! где О! — среднее значение удельного теплового потока иа !-м участке; Р! — поверхность !Его участка, определяемая по формуле и(!!! + !!!+!),~ ! Г= ! 2 СОХ а (22. 15) Так как значение температуры на выходе из участка заранее неизвестно, то среднюю теплоемкость охладителя определяют методом подбора. Температура охладителя в сечении (!+1) составляет т„<! „=т„!+Ат„, (22. 16) а на выходе из охлаждающего тракта т„,=т„+~ пт~, !=! (22. 1!) где величина ~ ЬТ„! представляет собой полный подогрев охлади~=1 теля в тракте.
Мхх. Х ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОХОДНЫХ СЕЧЕНИИ ОХЛАЖДАЮШЕГО ТРАКТА Для отвода теплового потока с плотностью д в охладитель на каждом участке камеры необходимо обеспечить определенное значение коэффициента теплоотдачи от стенки к охладителю. В общем случае эта величина равна !! т„,„— т. * После того как определены значения !т, Т,,„и Т, при заданном расходе охладителя й!х, обеспечить необходимый коэффициент а, можно, изменяя скорость охладителя, которая зависит от пло- щади канала и характера оребрения. В случае жидкого охладителя, когда коэффиннент теплоотдачн определяется выражением (22.10), необходимо обеспечить (ахр)~~а ,=0,028 — „й,х, «~в Откуда необходим ая площадь составляет ~ о,ола ~ьм и ли, если учесть разность площадей гладких внутренней и внешней поверхностей огневой стенки, а также возможное оребренне Р,=т 0,0231„, (гхх.х — Tх) Чр (1 + Ьхх/О) '11 Ф (22.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
