Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Например, если таким компонентом является четырехокись азота Ь,О„то происходит ее диссоциация при нагревании и испарении, так что продукты испарения содержат В!О,. Если при этом происходит ча! стичная диссоциация В)О, по схеме В!О, В(О + — О„ то про- 2 дукты испарения окислителя могут содержать В)О„В!О и О,. При дальнейшем нагреве продуктов и достаточном времени пребывания происходит практически полная диссоциация и продукты нагрева содержат В!О и О,. Однако в условиях газогенератора разложение В)О, является медленным процессом.
Поэтому для расчета концентраций необходимо использовать уравнения химической кинетики (см. гл. Х1). Для удобства расчетов введем параметр $ (О ( 9 ~ !), характеризующий степень завершенности реакции разложения В)О, (при $ = — О разложение В!О, не происходит, при $ = 1 двуокись азота полностью разлагается). При известном значении $ мольные доли продуктов разложения В(,О, находим по формулам хно = 2$/(2+ $); хо, = $!(2+ $)' хио, = 2 (1 — 9)/(2 + $). Для выбранного времени пребывания В),О4 во второй зоне газогенератора значение $ можно вычислить, интегрируя уравнение кинетики для реакции разложения В)0,. Г Л А В А ХХ. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ФОРСУНОК 20.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СМЕСЕОБРАЗОВАНИИ С м е с е о б р а з о в а н и е — это совокупность процессов ввода, распределения, распыления, смешения компонентов топлива (или продуктов газогенерации).
Смесеобразование должно удовлетворять ряду требований. Основные из ннх — обеспечение наибольшей экономичности агрегата (для камеры — высокого значения удельного импульса) и устойчивой работы. Для этих целей необходимо, с одной стороны, создать достаточно однородное распределение соотношения компонентов топлива и расходонапряженности по площади камеры сгорания прн требуемом качестве распыления. Эти факторы способствуют высокой полноте сгорания топлива, однородности и стабильности поля температуры газов.
В то же время известно (см. гл, ХХЧ11), что для подавления (демпфирования) низкочастотных и высокочастотных колебаний давления в камере сго- 209 20.! . Продольный разрез эпюр распределения по поперечному сечению камеры сгорания: — — — — теоретических; — деЯ стзнтеньных: а — без нристеначноа зоны; б — с нристеночноа зоноа рания наряду с правильным выбором масштаба смешения (шага а б форсунок,их конструкции, пере- пада давлений и т.
п.) необходимо введение определенных отличий во времени преобразования топлива по поперечному сечению камеры сгорания. Это достигается неравномерным распределением расхода и размеров капель при использовании центробежных форсунок, сочетанием форсунок струйного и центробежного распыла, введением некоторых отличий в расходе через однотипные форсунки компонента и другими средствами. Значительное повышение устойчивости рабочего процесса к высокочастотным колебаниям давления достигается установкой на смеснтельных головках антипульсационных перегородок. В ряде известных конструкций антнпульсационные перегородки выполняют в виде близкорасположенных одно- или двух- компонентных форсунок, выступающих на 30 ...
60 мм над поверхностью огневого днища головки. Расположение форсунок (отверстий или щелей для подачи компонентов) должно обеспечивать равномерность температурного поля у стенок камеры сгорания для предохранения их от прогара. Правильно выбранный комплекс мероприятий по обеспечению устойчивости рабочего процесса и охлаждения камеры не должен приводить к снижению полноты сгорания топлива и удельного импульса. Смесеобразование осуществляется смесительной головкой.
Возможны различные конструкции смесительных головок: форсуночные, если для впрыска (ввода) компонентов топлива или продуктов газогенерации используют форсункн различных типов; струйные — при подаче компонентов через отверстия в корпусе головки; щелевые — в которых для ввода используют ряд щелей, обычно концентрических; форкамерные — с предкамерами малого объема для предварительного смесеобразования и сгорания компонентов и др. На одной и той же смесительной головке могут применяться форсунки различных типов (струйные, центробежные, струйно-центробежные). Элементарным смесителем называют наименьшую группу форсунок (отверстий), служащую для смешения окислителя и горючего в заданном соотношении. Простейшим случаем элементарного смесителя является двухкомпонентная форсунка.
Совершенство работы смесительной головки во многом зависит от работы элементарных смесителей и порядка размещения их на головке. Обычно стремятся к равномерному размещению смесителей на головке. Однокомпонентные форсунки располагают в сотовом или шахматном порядке с переходом к размещению 210 по концентрическим окружностям на периферии; двухкомпонентные форсунки располагают по концентрическим окружностям. Во избежание потерь удельного импульса соотношение компонентов по всей площади головки, в том числе и вблизи стенок, желательно сохранить постоянным.
Тепловая защита стенок в этом случае обеспечивается рациональной организацией внешнего охлаждения и системой поясов завес. На рис. 20.! штриховой линией изображена равномерная эпюра соотношения компонентов й по поперечному сечению камеры, Такое распределение соотношения компонентов топлива является идеальным в смысле достижения высокой полноты сгорания. Для снижения температуры газа у стенок камеры в некоторых случаях на периферии смесительной головки создается зона, в которой топливо подается при нестехиометрическом соотношении компонентов. Обычно в пристеночном слое сжигается топливо с избытком горючего, однако при соответствующем выборе материала или покрытий стенок возможны варианты окислитель- ного пристеночного слоя.
Если вблизи стенок создается защитная зона с избытком горючего, эпюра й приобретает вид, изображенный на рис. 20.(, б. В основную часть сечения — ядро потока— компоненты топлива должны поступать в соотношении й „, обеспечивающем наилучшие основные показатели двигателя или ракетного аппарата, а в пристеночном слое необходимо выдержать соотношение й „, обеспечивающее надежное охлаждение и нужный ресурс. В ряде случаев, при достаточно эффективном охлаждении, соотношение компонентов в периферийной зоне повышают для увеличения удельного импульса (за счет «дожигания» пристеночного слоя). 2ОДЬ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСПЫЛЕНИЯ Наиболее широкое применение для ввода компонентов топлива и продуктов газогенерации в огневое пространство камеры сгорания нашли форсунки различных типов.
По основным признакам форсунки подразделяют на жидкостные, газовые и газожидкостные (в зависимости от агрегатного состояния поступающих веществ); струйные, центробежные и струйно-центробежные (в зависимости от конструкции); одно- и двухкомпонентные— по числу компонентов, вводимых одной форсункой и др. Конструкция форсунок и их взаимное расположение, физические свойства подаваемых веществ и режим работы определяют качество смесеобразования.
Примеры некоторых типов форсунок показаны на рис. 20.2 и 20.3. Идеальный секундный расход через форсунку, т. е. расход, соответствующий одномерному невязкому течению, определяют из уравнения Бернулли: 2 » »х р»„ мвх Р« мк р 2 р«2 з!1 я-я 20.2. Однокомнонентные форсункн: а, б — струйные. е, е — центробежные д — струйно-центробежные откуда для несжимаемой жидкости (рне = сопв1) получают ДН Рвх Рн вх Рй ее) Рж птф „„=- Рер,„Р'2 ДН, где ре — площадь выходного сопла форсунки, параметры с ин- дексом «вх» соответствуют условиям на входе в форсунку, с ин- дексом «к» вЂ” условиям в камере сгорания. Х «мертвен гйттючю 20.
3, Двухкомноненткые <Рорсункн 212 Обычно значение скорости ю,„относительно невелико по сравнению с ш„., так что слагаемым ш,"-„!2 можно пренебречь. В этом случае гйф.иа — гфт' 2 орврл~ь где Арф —— р„. — р„— перепад давлений на форсунке. Коэффициентом расхода форсунки называют отношение секундного расхода через форсунку к идеальному значению, т. е.
рф —— тф1/йф „х, откуда соответственно имеем тф = рвЕвр„,.1' 2 ЛН (20.2) и прн малых значениях гп,, тв == рфРв1 2 куфр.„,, г (20.3) В ЯРД используют сравнительно невысокие значения перепадов давлений Лрв (0,5 ... 3 МПа). Характеристиками процесса распыления являются тонкость (мелкость) и однородность распыления, а для одиноких форсунок — форма факела распыла и его дальнобойность.
Тонкость (мелкость) распыления характеризуют размерами капель, образовавшихся после распада струи. Однородность распыления определяется пределами изменения диаметра' капель: чем меньше разность между максимальными и минимальными диаметрами капель распыленного топлива, тем больше однородность. Для оценки тонкости и однородности распыла нуж(~о знать распределение жидкости, впрыснутой через форсунку,:по размерам капель — так называемый с п е к т р р а с п ы л а жидкости.
Количественная оценка размеров капель может быть использована для расчета скоростей испарения, движения капель, условий перемешивания, качественной оценки работы элементов системы смесеобразования и т. п. Спектры распыла получают опытным путем. Результаты опыта можно обработать в виде графика, по горизонтальной оси которого откладывают диаметр капель, а по вертикальной оси — относительную массу капель, диаметры которых меньше- диаметра, отложенного по горизонтальной оси. Пример такого графика приведен на рис. 20.4. Тонкость распыла характеризуют также некоторым средним размером капель: 4 " = ~ и'и')(<(,) Ы.~ ~ )!г'1((.) й(., где и', — диаметр капель; ~ (Н,) — функция распределения капель по размерам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
