Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Рассмотрим аналогичный метод по определению донного давления в сопле с выдвижным насадком, известный как метод разделяющей линии тока. Для построения модели расчета в поле течения условно выделим ряд характерных областей (см. рис. !4.7): невозмущенный сверхзвуковой поток перед сечением отрыва 1, разворот пото!ха в веере волн разрежения у кромки В (2), вязкий слой смешения 3, область присоединения оторвавшегося потока 4, донная (застойная) зона 5. Параметры течения в области 1, такие как статическое давление р„число М,, угол наклона е, вектора скорости к оси сопла, показатель изоэнтропы расширения и, известны из расчета осесимметричного течения. В области разворота потока происходит его ускорение и расширение в веере волн (характеристик) разрежения.
Параметры течения на последней характеристике веера 140 Фт ( г !4.7. Схема течения в сопле с выдвижным насадком рассчитывают из условия достижения в начальной точке этой характеристики давления р, = р . Если приближенно считать течение плоским, то число Маха на последней характеристике будет равно 05 1+ 2 м! (д/М " При этом угол поворота потока 0„ относительно первоначального направления составит 0„= (М,) — т(М,), где т (М) — функция Прандтля — Майера: т (М) = ( — ) агс1я ~ (М' — 1)~ ' — агс(я(Мв — 1)о в. (14.10) Параметры в невязкой области течения за последней характеристикой области 2 вплоть до замыкающего скачка ВЕ (см.
рис. 14.7. б) рассчитывают методом характеристик по известным параметрам потока на последней характеристике веера волн разрежения в окрестности точки В и по заданному распределению давления на свободной поверхности струи. Для приближенных расчетов можно принять, что граница оторвавшейся струи прямолинейная, а параметры потока в рассматриваемой области постоянные. Угол наклона границы струи к выдвижному насадку в точке присоединения в этом случае равен Оае =0„+е,— е,, (14.11) где е, — угол наклона насадка к оси сопла в точке 1х. 141 Давление р, за косым скачком уплотнения в области присоединения вычисляют по известному соотношению газовой' динамики: где (! 4.12) где р„М, — давление н число Маха перед скачком (в рассматриваемом случае М, = М„р, = р,); р — угол наклона скачка (см. рис.
14.7, б). Величина р связана с углом поворота потока в скачке следующей формулой: М с1д Оы = — ~ — 1 !и (). (14.13) 2 мз асмп! р — ! Система уравнений (14.9) ... (14.13) незамкнута и имеет беско-' нечное множество решении относительно р . Рассмотрим вязкую область отрывного течения. В турбулентном слое смешения можно определить линию тока /, которая отделяет массу газа, проходящего над кромкой В, от массы газа, циркулирующего в отрывной донной области (см. рис. 14.7, а), Эту линию называют разделяющей линией тока.
Из физических соображений следует,' что в область за скачком присоединения 0Е могут проникнуть лишь те струйки тока, у которых полное давление больше, чем статическое давление за скачком р,. Можно поэтому принять, что полное давление на разделяющей линии тока р„ж р,. Линии тока, находящиеся ниже разделяющей линии тока 1, не могут преодолеть перепад давлений в области присоединения и разворачиваются в обратном направлении. Разделяющая линия тока и параметры потока на ней могут быть найдены из уравнения неразрывности по известному профилю скорости и плотности в слое смешения. При слабой интенсивности теплообмена между донной отрывной областью со стенками выдвижного насадка температура торможения в каждой точке слоя смешения примерно постоянна и равна температуре торможения набегающего потока. В этом случае профиль плотности однозначно связан с профилем скорости.
На рис. 14.8 приведена расчетная зависимость относительной скорости на разделяющей линии тока !р! = ш,/мь от числа М, на внешней границе слоя смешения для рассматриваемого случая. Зная М, и «а,, йо известным газодинамическим соотношениям можно найти полное давление на разделяющей линии тока р„.: л — = (1+ — ", ' М!)"-', (14.14) 2 (14.15) М2 — — (1 — ч !) .г — число Маха на разделяющей линии тока. !42 14.8. Ьезразмериая скорость иа разделяющей линии тока х йга Расчет донного давления по изложенному методу вы- йае полняют в следующей последовательности. йае 1. Задают донное давление Ри( Р„котоРое пРини- йаг МаЮт ПОСТОЯННЫМ ДЛЯ ОбЛа- 1Ы 44 4Р Ф ЕГ (Г -„—,Ле) стн В017 (см.
рис. 14.7, б). 2. Для выбранного значения рд методом характеристик рассчитывают координаты и параметры граничной линии тока В0 невязкого потока: М,, М„йзе; в приближенных расчетах можно Воспользоваться формулами (! 4.9) ... (14.11). 3. Статическое давление ре за скачком уплотнения ОЕ в области присоединения вычисляют по соотношениям (14.12) „, (14,13). 4. Рассчитывают полное давление на разделяющей линии тока р„. Если оно с заданной точностью не совпадает с давлением р„, корректируют значение донного давления ри и расчет повторяют до тех 1юр, пока не будет выполнено условие ра1 ж ре.
На основе рассмотренного метода представляется возможным учесть влияние вдува и теплообмена со стенками насадка на донное давление. Вдув в донную область приводит к увеличению р„, а отвод теплоты через стенки насадка приводит к уменьшению давления и температуры газа в донной области. Методы расчета в этих случаях усложняются и требуют привлечения результатов эксперимента. ГЛ А В А Хе'.
ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН !5.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Для высокотемпературных рабочих тел существенное значение могут иметь процессы переноса энергии в форме излучения. Излучение (радиация) — это атомно-молекулярный процесс перехода части внутренней энергии вещества в поток фотонов— электромагнитное излучение различной частоты. Распространяющееся электромагнитное поле взаимодействует с атомами и молекулами среды, лучистая энергия переходит (поглощается) теперь в энергию их теплового движения; в результате процессов излучения и поглощения осуществляется перенос энергии в высокотемпературных средах. Для продуктов сгорания основным источником излучения является изменение внутренней энергии при колебательно-вращательных переходах, т.
е. при переходах молекул из одного энергетического состояния колебательного движения в другое, 143 !З.!. К определению спектральной интенсивности излучении При этом каждый такой переход может сопровождаться изменением энергии вращательного движения. При температурах примерно до 4000 К большая часть энергии излучения приходится на инфракрасную (длина волны ) = = 0,76 ... 420 мкм) область и небольшая часть — на видимую (Х = 0,4 ... 0,76 мкм). Основную роль в излучении продуктов сгорания играют колебательно-вращательные переходы двухи трехатомных молекул СО„Н,О, СО, ОН, ХО, Нг, НС1, В,О' и др.
В дальней инфракрасной области (30 мкм и более) наблюдаются чисто вращательные переходы. Излучение Н,О наиболее существенно; заметный вклад вносит также излучение СО„влияние излучения других молекул мало по сравнению с Н,О и СО,, Излучение сажистых частиц и окислов металлов имеет непрерывный спектр. Одной из важнейших характеристик поля излучения является так называемая спектральная интенсивность излучения 1,. Величину 1, определяют таким образом, что количество энергии, переносимой излучением с частотой от о до т + с(т в единицу времени через площадку с(Р, перпендикулярную выбранному направлению луча з с направлением лучей в пределах телесного угла с(ю (с осью вдоль выбранного направления з), составляет г(Е, = 1, (з) с(Р дв с(т (рис.
15.1). Величина 1, зависит от частоты т (или длины волны излучения), координат рассмртриваемой точки А (радиуса-вектора г), направления луча з и времени т, т. е . 1, = 1, (т, г, з, т). Важным параметром, характеризующим перенос лучистой энергии, является спектральная плотность потока лучистой энергии д, — количество лучистой энергии, переносимой через единицу площади за единицу времени в единичном интервале частоты. Предположим, что ориентация элементарной площади определена направлением нормали и, а направление луча з — углами О и !р в полярной системе координат (см.
рис. 15.1). Тогда проекция вектора д, на нормаль и к элементарной площадке дА составит д =~1, ОЬ, (15.1) где !(ю = з(п О!(О йр. В расчетах лучистого теплообмена обычно используют интегральную характеристику излучения — и л о т н о с т ь п о- !44 т о к а лучистой энергии — интеграл по всем частотам: а 2оо д = ~д,.„дт= ) ~ /1,созйз1п9Н94(~РНо. (!5.2) о ооо Величину д в итоге необходимо рассчитать на границах излучающих объемов, а также на поверхностях, ограничивающих газовый поток. 1ЗЛЬ РАДИАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОБЪЕМА И ПОВЕРХНОСТИ Гомогенные и гетерогенные продукты сгорания излучают и поглощают тепловые лучи во всем своем объеме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
