Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 42
Текст из файла (страница 42)
При течении в однородном поле скоростей «обломки» структурного каркаса, отдельные частицы и макромолекулы ориентируются большими осями вдоль потока, снижая сопротивление дисперсных частиц течению и уменьшая тем самым вязкость. Степень разрушения структурного каркаса определяется градиентом скорости сдвига. Структура геля весьма чувствительна также и к изменениям температуры.
После снятия нагрузки обычно в гелеобразных топливах происходит восстановление разрушенной структуры в результате столкновения частиц в броуновском движении. Такое свойство геля разрушаться прн сдвиге н вновь восстанавливаться в статических условиях называется тиксотропией. Прн получении гелеобразных топлив обычно используются химически активные или механические гелеобриователи. В качестве химически активных гелеобраэователей применяют высшие жирные кислоты и их соли (мыла), высокомолекулярные соединения (полимеры), тнжелые углеводороды.
Механическими гелеобраэователями могут служить тонкоиэмельчеиные металлы (размером 0,8 ... 3 мкм) и их соединения, силикагель, сажа, глина и т. д. Используя с загущенным органическими горючими наполнители, представ. ляющие собой порошкообразный окислитель, и высокоэнергетические добавки, получают гелеобразные и о ното ил н на.
В загущенном состоянии монотоплнва похожи на твердые ракетные топлива, обладая, например, способностью выдерживать большие перегрузки. В отличие от твердых ракетных топлив гелеобразные монотоплива могут прокачиваться по трубопронодам; их приготовление можно организовать непосредственно на стартовой позиции, отработка.рецептур таких топлив происходит более быстрыми темпами и имеет более низкую стоимость, а возможности варьирования рецептуры гслеобразных составов гораздо шире. так как нх не нужно отверждать. Энергетические характеристики монотоплив весьма близки к характеристикам средних по удельному импульсу жидких ракетных топлив.
17.8. ПСЕВДОЖИДКОЕ ТОПЛИВО Псевдожидкое топливо 1или его компонент) состоит из порошкообразных веществ, которые можно флюиднзировать газом по методу кипящего слоя и подавать в камеру сгорания ракетного двигате.а аналогично жидкому компоненту. Прн прохождении с некоторой сноростью потока газа, т. е. ожнжаюшего агента, через слой сыэучего, зернистого вещества частицы этого вещества начинают интенсивно перемещаться относительно друг друга, напоминая при этом кипящую жидкость и приобретая некоторые ее свойства. Переход неподвижного слоя в нипящий происходит при такой скорости газа, когда гндрадинамическое давление потока уравновешивает силы, действующие на частицу: анерционьые, силы тяжести н др.
В качестве пгевдсожижаемого окислителя рассматриваются порошкообразныг перхлорат аммонла, нптрат аммония, геьсанитрозтан и др.. з н качесгк горючего — алюминий, бор, полиэтилен, гндрнды а цоминиь. берилнн, гнркоьня н др. Ожнжаюшнм агентом может сыть нейтральный газообразнь:й азот, а такзке активные ожижающне газы, например, для окислителя — кислород, а для горючего — водород, В настоящее время работы в области псевдожидкнх н гелеобразных топлив находятся в стадии экспериментальных наглеце~наний п стендовых испытаний опытных образцов.
Г Л А В А ХИН. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ 18.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА От момента гпрыска в камеру сгорания до полного преобразования в конечные продукты сгорания компоненты топлива проходят сложный путь превращений. Физико-химические преобразования топлива, составляющие рабочий процесс в камере сгорания, должны быть организованы так, чтобы обеспечить максимальную полноту сгорания топлива и устойчивое протекание процессов в камере, необходимое для надежной и безопасной работы двигателя.
Превращение топлива в продукты сгорания происходит постепенно. В результате распыления и дробления поступающие из форсунок компоненты топлива образуют капли различных размеров. За счет теплоты, поступающей из зоны горения, капли компонентов нагреваются и испаряются; газообразные горючее и окислитель смешиваются, в процессе смешения происходят экзотермические газофазные реакции горения. В камерах, работающих по схеме газ — жидкость нлп газ — га, процес ь1, связанные с нагревом и газификацией одного или обоих компонентов, исключаются.
Иногда компоненты топлива могут частично илп полностью перемешиваться и реагировать в смесительиом элементе перед впрыском в камеру сгорания. Если компоненты само- воспламеняются, то реакции горения могут начинаться при смешении компонентов а жцднсй фазе либо могут происходить преимущественно гетерогенные реакции. 189 Оииаеисусиас еииуи браиибсиие юишиии исусу асюшаеиае. бшаааюабси шюси Снеси у шабаес раис Рисюыаси ее,уируеуеаа, гурбуюсишюис исиепешсбание Иснвренас lсеи!аасиис санни 0сиивии У,нансен ушс уурбуисн нис -- -- — ч иерсисшнувинс Ириаиаушагаие Иинисиис 'иисбусша юрвбуншм УРббаеншнаи и.
1 иеренсшауаннв расширение б Осшешиеншс реисввн свисс ренвпбвнснан Исшснашинн сшрун !8.!. Структурная схема процессов в ЖРД !8лс Условное представление процесса сгорання топлнва(1р — относительное количество про- Г"и т реагировавшего топлива) Промежуток времени т,р от момента впрыска до полного превращения топлива в продукты сгорания — в р е м я п р е о бр а з о в а н и я — является важной характеристикой рабочего процесса.
В общем случае физическую картину рабочего процесса в камере сгорания представляют совокупностью параллельно- последовательных и взаимосвязанных физико-химических превращений, схеу матично показанных на рис. !8.1. Ход этих превращений условно можно характеризовать кривой выгорания, пример которой показан на рис.
18.2. Для решения некоторых задач динамики камеры ЖРД постепенное преобразование топлива в продукты сгорания представляют ступенчатым процессом, т, е. предполагают, что процесс преобразования поступившего в камеру сгорания топлива происходит мгновенно по истечении в р емени (периода) запаздывания т, (см. рис. 182). Применяют и другие обобщенные характеристики рабочего процесса, рассматриваемые в данной главе. 1зцп РАСПЫЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ Процесс распыления компонентов топлива — распад струи или пелены компонентов, истекающих из форсунок, иа капли — можно рассматривать как две последовательно протекающие стадии: распад струи илн пелены, выбрасываемой из сопла форсунки, на капли и дробление капель на более мелкие (вторичное дробление).
Оба явления обусловлены воздействием на струю и капли ряда внешних (по отношению к жидкости) и вцутренних сил. К внешним относят силы взаимодействия со средой, а которую производится впрыск жидкости. Величина этой силы пропорциональна квадрату относительной скорости жидкости, плотности окружающей среды и квадрату диаметра капли. Внешними являются и силы, возникающие при взаимном соударении струй и капель или при ударе их о препятствие. Дробление жидкости принципиально может быть осуществлено и при впрыске ее в вакуум под действием лишь внутренних сил. В качестве внутренних факторов можно назвать инерционные силы, приводящие к потери устойчивости жидкости, турбулентность и молекулярные силы.
Уровень турбулентности жидкости определяется как естественной турбулентностью, так и особенностями конструкции форсунок, возмущениями на входе в форсунку, шероховатостью каналов и другими причинами. Внутренние молекулярные силы представляют собой силы вязкости, проявляющиеся во внутренних слоях жидкости, и силы поверхностного натяжения на границе двух сред — жидкости и газа. Силы вязкости препятствуют дроблению струи, так как уменьшают ее турбулентность и поглощают часть энергии движущейся жидкости.
Силы поверхностного натяжения, стремящиеся свести к минимуму поверхность данного объема жидкости, также препятствуют распаду струй и капель. Действие внутренних молекулярных сил ослабевает при повышении температуры. В частности, силы поверхностного натяжения равны нулю при критической температуре, значения которой для компонентов ЖРД относительно низки. Если компонент впрыскиваегся при давлении выше критического,то после достижения критической температуры струя распадается без каплеобразования. Тонкий и равномерный распыл — необходимое условие для эффективного смешения и газификации компонентов топлива.
191 Формирование факела распыла — случайный процесс. Измерения показывают, что в одной и той же точке вблизи смесительной головки образуются капли различных размеров, и даже одинаковые капли имеют различные скорости. Поэтому такие параметры распыла, как диаметр капель Ы, н их скорость ш„ в любой точке камеры являются случайными величинами и для описания характеристик распыла требуется статическое рассссмотрение с привлечением функций распределения.
Применяют эмпирические функции распределения, их параметры находят по экспериментальным исследованиям спектров распыла. Медианный диаметр (см. гл. Х Х) капель изменяется в широких пределах и составляет 25 ... 500 мкм. 18.3. СМЕШЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ Равномерное распределение соотношения компонентов й и расходонапряженности гпг = т/Р„по площади смесительной головки имеет большое значение для достижения высокой эффективности горения — полного тепловыделения в минимальном объеме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
