Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 86
Текст из файла (страница 86)
31.2) за счет уменьшения эоны газификации. Уменьшение давления оказывает обратное влияние на механизм горения — уменьшается приток тепла из зоны пламенных реакций, возрастает вклад тепла, необходимого для поддержки горения, нз шипящей зоны.
При некотором минимальном давлении зона пламени .исчезает, реакции в основном протекают в предпламенной «темной» зоне. Процесс горения может прекратиться. Поскольку реакции на поверхности горения продолжают протекать и температура остается еще достаточной для газификации ъвердой фазы, может последовать новая вспышка топлива.
Роль гетерогенных и гомогенных реакций в общем комплексе явлений горения различна при различных давлениях. В связи с этим нельзя ожидать одного и того же закона изменения скорости горения в широком диапазоне давлений даже для одного .и того же топлива. Обработка результатов опытов дает различные зависи- зь к ь влияние ддвлвияя Давление, при котором протекает процесс горения, является важ нейшим фактором, воздействующвм на скорость горения твердых топлив. Для большинства топлив наблюдается рост скорости горения прн повышении давления.
Такая зависимость объясняется увеличением интенсивности теплоотдачи к поверхности топлива. Скорость реакций, протекающих в конденсированной фазе, при этом увеличивается. Одновременно увеличение концентрации газообразных реагирующих веществ приводит к росту скорости экзотермиче- мости и=Яр) в разных интервалах давлений. Эти зависимости обычно имеют вид я=Вр' (31. 2) или я=А+В,Р. (31. 3) В соотношениях (31.2) и (31.3) А, В, В1 — постоянные, зависящие от природы топлива и начальной температуры заряда; показатель т зависит от природы топлива.
В определенном диапазоне изменения давления величины А, В, В~ и т не зависят от р. Для большинства твердых ракетных топлив формулы (31.2) и (31,3) в практически. интересующем диапазоне изменения давления одинаково точно отражают результаты экспериментов. Предпочтение обычно отдают зависимостям типа (31.2). Пример такой зависимости, удобно изображаемой в логарифмической сетке координат, показан на рис. 31.3.
Скорость горения некоторых топлив в определенном интервале давления может не зависеть от давления (т=О). На рис. 31.3 (кривая 2) показана такая зависимость скорости горения от давления, имеющая участок постоянной скорости горения и («плато»). Известно, что так называемый «эффект плато» имеет место и при горении двухосновных топлив, содержащих некоторые добавки — катализаторы. Эти явления объясняют возрастанием роли реакций в конденсированной фазе и уменьшением теплоотдачи нз зоны газовых реакций. Лля смесевых топлив, учитывая наличие кинетической и диффузионной зон горения продуктов газификации, Саммерфилд получил формулу 1 а Ь вЂ” = — +— и Р ~/р где коэффициент а определяется кинетическими факторами, а Ь— диффузионными.
Этз формула при опытном определении констант а и Ь из измеРений скорости горения хорошо описывает скорость горения в широком диапазоне давлений для топлив на основе перхлората аммония. и. в в влияние нлчлльнои темпе»лтквы топлива Влияние начальной температуры топлива на скорость горения объясняется зависимостью скорости гомогенных и особенно гетерогенных химических реакций от температуры.
Как отмечалось, вследствие плохой теплопроводности температура горящего твердого топлива резко снижается в тонком слое и уже на расстоянии десятых долей миллиметра от поверхности равна начальной температуре, которую имел заряд перед воспламенением. Вследствие относительно малого времени горения эта температура практически не изменяется во время работы двигателя. Изменение начальной температуры твердого топлива перестраивает механизм горения, в котором появляются введущие» химичес- и, л»л»7р (7Г,) -7Р'77 ' 25 ЯР 75 7Р 5Р 2 Р Х» Р р,Р7ла 2,5 7,5 Рис. 31.4.
зависимость температурного ко- эффициента сиороств горевал ог давлении 7,Р '7 5 5 7Р 7577,»УРЗ н иачольвор темвературы длв Раалич- Рис. 3!.3. Зависимость сылимтн горении от давлении мых твердых топлив: ' 7 — на основе кс10»," 2 — двухосновное толлнао мархи иове Ннсао» ЛГН» 3 — на основе МН»С10»: 3-ва ос. 410 кие реакции, доминирующие в процессе горения. При повышении начальной температуры ведущими становятся реакция в конденсированной фазе. Имеются также опытные данные, указывающие на то, что для двухосновных топлив начальная температура топлива влияет на температуру в зоне пламени.
Эксперименты обнаруживают заметно более высокие скорости горения при повышении начальной температуры Т . Изменение скорости горения в зависимости от начальной температуры прн постоянном давлении оценивают температурным коэффициентом скорости горения и„, выражение для которого имеет вид " = И.-".),=(' — '::),- (31,6) Размерность температурного коэффициента скорости горения 1/К, т.е.
величина температурного коэффициента показывает относительное изменениескорости горения при изменении начальной температуры на один градус. Исследованиями установлено, что температурный коэффициент для двухосновных и смесевых топлив уменьшается с повышением давления (рис. 31.4) и зависит от температуры. Для смесевых топлив этот коэффициент зависит также от днсперсности частиц окислителя. При увеличении размеров частиц температурный коэффициент возрастает. Для приближенных расчетов можно считать, что значения (и ) р не зависят от давления в камере сгорании РДТТ и мало отличаются друг от друга в,различных интервалах рабочих температур.
Это дает основание использовать в расчете зависимости вида пг» = пг» (1+(па) р (?3 — Уг)). (31. 6) Для различных твердых топлив значения (и„) „составляют 0,001— 0,006, причем для двухосновных †бли к верхнему значению„ для сме месевых — примерно вдвое меньше. Обычно используют зависиости скорости горения от начальной температуры, которые могут быть записаны как зависимости константы В, входящей в формулу (31 2), от Т,.
На рис. 3!.5 приведена зависимость скорости горения от давления и начальной температуры для нескольких твердых топлив. , ь з. эеозионноа говении '=1+с(та,— тл,„). (31. 7) 411 рассмотренные выше зависимости скорости горения от давления и начальной температуры относятся к случаю, когда вдоль поверхноств горения нет движения продуктов сгорания. По иере удаления от переднего торца заряда, показанного на рис. 31.6, и при приближении к соплу расход газа увеличивается.
Скорость горения одного и того же топлива в одинаковых условиях (р=(беш и Т =(г(ет) увеличивается, если вдоль поверхности движутся продукты сгорания. Горение в таких случаях называют э р о з и о н н ы м. Основная причина этого явления состоит в интенсификация процессов тепломассопцреноса. При увеличении скорости газов, обтекающих поверхность горения, турбулентное ядро потока перемещается в зону газификации (двухосновное топливо) или в зону гранулярно-диффузионного горения (смесевое топливо). На границе турбулентного потока устанавливается температура подготовительной зоны в случае двухосновного топлива и температуры зовы граиулярно-диффузионного пламени — в случае смесевого топлива.
В результате воздействия газового потока происходит турбулизация и приближение зоны горения к поверхности топлива. Усиленный подвод тепла к поверхности горения интенсифицирует химические реакции и приводит к увеличению скорости горения. Если на поверхности горения имеется жидкая или пенообразная пленка, то при высокой скорости потока происходит сдувание частиц, в результате чего поверхность горения увеличивается и скорость горения возрастает. Чаше всего эрозионное горение возникает сразу после запуска, когда площадь поперечного сечения каналов мала.
По мере выгорания топлива площадь поперечного сечения каналов увеличивается, скорость газового потока уменьшается и эрозпопное горение исчезает. На рис. 31.7 приведены результаты определения относительного увеличения скорости горения в зависимости от скорости газового потока лля дпухосновных топлив. По осн ординат отложено так называемое эрозионпое отношение е=и/им Оно равно отношению скорости эрозионпого горения к скорости горения при отсутствии обдува; условия горения (давленне и начальная темпеРатура топлива) при этом одинаковы. Обнаружена более сильная зависимость е(гэ,) для топлив с меньшей скоростью горения.
Для определения з применяют зависимость вида Х 0 Г00 200 000 из,»н~с рвс. аке. Иеиеаеиие средней скорости гагооого во»ока а аанере с»'сравни рдтт рнс. ег.в Заоисниюсть ота»нвтеаьвоге твеквеевйи скорости мравин ют скорости готового патока вдаль вюверкиосги горении В этом выражении ш,н — пороговое значение скорости газового потока, ниже которого эрозионное горение отсутствует, т. е. е=1; с — постоянная эрозионного горения. Наличие пороговой скорости может быть связано с переходом ламннарного пограничного слоя в турбулентный.
Влияние потока, движущегося вдоль горящей поверхности, начинает сказываться с того момента, когда турбулентные пульсации распространяются в ламинарный подслой, в зону предпламенных реакций. Как показали исследования, величина пороговой скорости зависит от давления, природы топлива, характера течения и определяется экспериментально. Нередко зависимость относительного увеличения скорости горения представляют не в функции скорости газового потока гр„ а в функции его плотности тока о,тв,. Подобная зависимость имеет вид, изображенный на рис.
31.8. По оси абсцисс отложена приведенная массовая скорость, представляющая собой отношение огр к критическому значению этой величины, которое может быть достигнуто при числе Маха М=1: в=0 Ч(а ~).р (31. 8) В связи с тем, что интенсивность конвективного теплообмена зависит от массовой скорости огр, такая характеристика эрозионного горения представляется более обоснованной по сравнению с зависимог,о0 стью (31.7) . Значение е рекомендуют определять по формуле а=1+об, й)Ь„, (3В 3) о ($.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
