Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Для выполнения этих условий соответствующим образом изменяют скорости и температуры взаимодействующих между собой частиц !26!. 115 12.5. Отставание частиц различных разме-, ров от газа в сопле р а 2 Ф а р 'з В реальном случае взаимодей. арр ствие частиц с газом и между собой происходит с отклонениями от принятой идеальной схемы. Необходимо учитывать возможность искривления траекторий мелких капель, движущихся вместе с газом. Из-за искривления траекторий мелких чаллазз«ль стиц при их сближении с круп- ными количество соударений умень- У шается. Это уменьшение оценивают коэффициентом захвата й, — отношением числа капель определенного размера, испытавших соударение с бюльшой каплей, к числу тех, которые испытали бы соударение при прямолинейном относительном движении.
Коэффициент захвата может быть определен по известным зависимостям. Важным является вопрос об исходе соударения капель. При малых скоростях столкновения капли отталкиваются подобно упругим шарикам и расходятся, не сливаясь. Начиная с некоторого минимального значения относительной скорости ю' капли сливаются, н при дальнейшем увеличении скорости соударения слияние происходит до тех пор, пока не будет достигнута верхняя критическая скорость ш". При скоростях, близких к ш", между каплями образуется перемычка, происходит обмен жидкостью и капли разлетаются, иногда при этом образуется еще третья капля.
При еще больших скоростях соударения происходит образование «брыз㻠— более мелких капель, чем исходные. Коэффициент слияния й,л учитывает «эффективность» столкновений; этот коэффициент определяется как отношение числа столкновений, в результате которых произошло слияние, к общему количеству соударений. Способ оценки скоростей ш', та" и коэффициента й,„ дается в справочнике [26). При интенсивном обдуве капель возможна их деформация и разрушение в результате воздействия сил давления и трения.
Характер обтекания зависит от значения критерия Рейнолььдса и числа Маха. Устойчивость частиц при аэродинамическом воздействии определяют критерием Вебера Юе, = !рь (℠— пь1)з 1с Х 4 )!и, где и — поверхностное натяжение. Когда значение тте достигает некоторой критической величины, происходит разрушение капли. Специально проведенные теоретические' и экспериментальные исследования показали, что при Ве = 10 ... 500 значение критического числа Вебера тт'е„р ж 17. Наконец, еще один процесс может приводить к разрушению капель из-за соударений.
Точки встречи мелких частиц, ударя- 116 ющихся о крупную, можно считать равновероятно распределенными по ее сечению. Из-за нецентральности ударов после слияния остается момент количества движения, происходит раскрутка капли. Оценки результатов множественных ударов указывают на заметную вероятность того, что угловая скорость капель в типичных условиях может превысить значение предельной угловой скорости по устойчивости вращающихся капель и произойдет их разрушение. Следует подчеркнуть, что все отмеченные процессы происходят не изолированно, а одновременно, влияя друг на друга.
Капля вращается, обдувается Н деформируется газовым потоком иьодновременно подвергается ударам. Трудно надеяться на точность аддитивного учета влияния всех этих процессов на размеры частиц, даже основываясь на надежных экспериментальных и тевретических данных для каждого отдельного процесса. Поэтому особую важность приобретает проведение тщательно поставленных экспериментов, воспроизводящих рассмотренные выше явления возможно ближе к условиям в натурных двигателях. 12.4.2. Некоторые результаты Приведем некоторые результаты расчетов, полученных на ЭВМ, для продуктов сгорания со следующими характеристиками: средняя молекулярная масса !х яв 15 ...
20 кг/кмоль, температура иа входе в сопло Тес=3200 ... 3500 К, массовая доля конденсата х = 0,10 ... 0,40, рэ = 1 ... 8 МПа, ам == 20 ... 2000 мм. Контур сопла представлен на рис. 12.5. Во всех случаях принималось, что на входе в сопло частицы распределены по размерам в соответствии с логарифмически нормальным законом [29! со среднеквадратичным отклонением а = 1,5 и средним геометрическим диаметром дазч 1,! мкм, При этом распределении среднемассовый диаметр баз = 2 мкм. Таире непрерывное распределение было аппроксимировано дискретйым с двадцаМю фракциями, имеющими размеры частиц, равноотстоящие по логарифму диаметра в диапазоне 0,5 ...
!5 мкм. 1Измененне диаметров частиц некоторых фракций (нх номера, соответствующие условинм на входе в сопло, приведены иа рисунке) в результате коагуляции прцчтечении в сопле показано на рис. 12.6, а изменение массовых долей фракций й! — на рис. !2.7, 'Результаты расчетов изменения йаз для сопел с различными диаметрами минимального сечения сопла показаны на рис. !2.8. Из графика следует, что частицы увеличиваются в размерах значительно интенсивнее при возрастании абсолютных размеров сопла.
Анализ показывает, что такой характер зависимости г1,з от лм является результатом воздействия на коагуляцию двух факторов. В б!и!ее крупных соплах уменьшается запаздывание частиц и, следовательно, уменьшаются их относительные скорости, т. е. константа коагуляции, но вместе с тем увеличивается пропорционально диаметру горловины время пребывания смеси в сопле. Влияние второго фактора оказывается более сильным. На рис. 12.9 представлены зависимости п„з от х при различных содержаниях конденсата, полученные для сопел с ам — 100 мм. Значительно больший рост среднего диаметра частиц при увеличении нх концентрации объясняется увеличением скорости коагуляции, пропорциональной квадрату концентрации Поэтому при повышении давления в камере сгорания средний размер частиц на срезе сопла увеличивается.
На рис. 12.!О в зависимости от давления р, приведены значения паз в выходном сечении сопла при г = 0,28, дм .= 100 мм. Результаты этих расчетов указы- 117 гу, мхм стзг, мям гуез, мам гусу, млм г,рр 118 'ЯЩ г -7 Р 7 Е 2 !2.8. Изменение среднего диаметра частиц в соплах с различным диаметром минимального сечения р 7 2 7 Е Х Е 7 В Ряс МПИ 12.10.
Изменение среднего диаметра частиц в выходном сечении сопла в за- висимости от давления в камере сго- рания !2 6 Увеличение диаметра частиц раз. лнчньж фракций при коагуляции,в сопле !2.7. Изменение массовых долей различныч фракций при коагуляции в сопле и -7 Р 7 Е 6 Х 12.9. Увеличение среднего диамеграмас. тиц в сопле с с!н = !00 мм при различ- ном содержании конденсата а 7Р уа И ГРР гОРЛНОР гум,мм 12.!1. Уменьшение удельного импульса в знвиснмости от диаметра минимального сечения: ц т — расчет с ноагуляциея; 3 — расчет беа каагуияции: предельный случай коагулиции; — — — с учетон особенностей нааннодейстния частиц 12.12. Изменение среднего диаметра частиц в сопле: ! — топливо зэ % Н,О + ВеНб у — топливо Н,О, + (Н,Н, + АП; — без учета дробления частнп газовым поганом; — — — с учетом дРобления частик газовым потоком баз, млм вают на возможность весьма существенного роста частиц конденсата при Аэ движении в сопле (начальное значе.
ние бзз = 2 мкм). 41 Влияние коагуляцин на удельный импульс иллюстрируется на рис. 12.! 1. Здесь показано уменьшение импульса из-за неравновесности течения, вычисленное с учетом н без учета коагуляции (кривые ( и 3 соответственно) при одинаковом начальном распределении частиц по размерам. Величина э в расчетах принята равной 0,32, а г = 2,5.
При диаметре минимального сечения сопла 4( =!00 ... 200 мм и больше значения ог'у п с учетом и без учета коагуляции различаются в 10 ... 15 раз. Вследствие более значительного роста частиц в крупных соплах разница в значениях удельного импульса мало уменьшается при увеличении абсолютных размеров сопла. Еще более значительным оказывается возможный рост частиц в случае высокой концентрации конденсированных частиц.
В качестве примера на рис. !2.12 приведено изменение вдоль сопла среднего диаметра частиц для продуктов сгорания топлив Н,О,+ ВеН, и )4904+ (0,6ХзН, + + 0,4 А1), вычисленное для того же начального распределения при рас = 7 МПа и 4(м = 100 мм. Очевидно что при очень больших размерах частиц должны играть значительную роль процессы деформации и дробление капель газовым потоком, а также другие факторы, снижающие эффект коагуляции. На рис. !2.12 показано изменение среднего диаметра частиц при учете дробления. При расчетах коэффициент поверхностного натяжения о был принят равным 0,2 Н/м для окислов алюминия и бериллия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
