Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 57
Текст из файла (страница 57)
23.10, а, б, в). Кроме обеспечения необходимой прочности, оребрение увеличивает теплоотдачу в охладитель из-за увеличения поверхности, омываемой охладителем, из-за включения в процессе теплоотдачи части наружной оболочки, присоединенной к теплопроводящим ребрам. Увеличение теплоотдачи в охладитель благодаря оребрению можно оценить коэффициентом эффективности оребрения а, ра = а,т)ра, (23.!8) где а, — коэффициент теплоотдачи в охладитель от гладкой поверхности; а, а — условный эффективный коэффициент тепиоотдачи от оребренной поверхности. Значения прв определяют для конкретных геометрических форм оребрения методами, приводимыми в руководствах по проектированию. Используя вели- чинУ а, ра, все Расчеты охлаждениЯ длЯ оРебРенного тРакта ПРоводят как для гладкой поверхности.
23.4. ОГРАНИЧЕНИЯ НАРУЖНОГО ПРОТОЧНОГО РеГенеРАтивнОГО ОхлАЖдения 23.4.1. Условия надежного охлаждения Общим условием надежности охлаждения является поддержание заданного (допустимого) теплового состояния элементов конструкции. При регенератнвном охлаждении это необходимо обеспечить, располагая ограниченным расходом охладителя т„. Отсюда первое условие надежности охлаждения: восприняв всю теплоту, поступающую в охлаждающий тракт, охладитель не должен перегреваться выше некоторой, допустимой для данного компонента, температуры: Т„,,„„ ( Т, Для некоторых компонентов максимально допустимой является температура кипения, для других — температура терми- 256 233 Н Некоторые схемы наружного проточного регенератианого охлаждения ческого или термохимического разложения.
Для углеводородных горючих типа керосина, например, термическое разло- Отю ) т а стае вязких веществ (смол) и твердого кокса. Е: Подобные отложения на стенке, омываемой охладителем. недопустимо увеличивают ее термическое сопротивление. Второе условие связано с необходи- г--------- мостью не превышать на всех участках охлаждающего тракта допустимые температуры стенок, а именно: температура «горячей» стенки (со стороны газа) не должна превосходить допустимую для данного материала по условиям жаростойкости; температура «холодной» стенки (со стороны охладителя) не должна превосходить допустимую для данного охладителя по условиям пузырькового кипения или разложения; распределение температур стенки должно быть приемлемым для данного материала по условиям его прочности. Итак, для соблюдения второго условия надежного охлаждения необходимо выполнение следующих ограничений: Т„ „( сп (7 доп)жаростойкость~ ст, х ~( кнп + бу пр~ 7 ст 4 (7 доп)прочность.
Выполнение этих ограничений контролируют при расчете регенератнвного охлаждения. Расчет ведут применительно к принятой схеме охлаждения (примеры схем приведены на рис. 23.11, а ... г) по участкам в соответствии с направлениями движения компонента-охладителя. Ниже расчет регенеративного охлаждения рассмотрен в таком порядке: характерные этапы, анализ ограничений, общая последовательность. 23.4.2.
Подогрев охладителя Подогрев охладителя в тракте рассчитывают по ходу движения компонента. Расчет дает не только суммарный подогрев, но и распределение температуры охладителя на различных участках. Для элементарного участка тракта длиной с(х (рис. 23.12) уравнение теплового баланса имеет вид (теплоотводом в окружающую среду через наружные стенки можно пренебречь) пт„~схг г(т„; = бдь (23.19) где ٠— количество теплоты, которое должно быть воспринято охладителем; т„— секундный расход охладителя там же; с„— теплоемкость охладителя. 9 Апсмасов В. Е. ы др. 2о7 23Л2. Схема дли расчета подогрева охладитела Величину 64 при известном значении д (х) определяют по формуле 69, = пзбг(«/хансов а, где д — внутренний диаметр камеры, изменяющийся на участке; а — угол наклона образующей камеры к ее оси. Подставляя величину 6Я; в уравнение теплового баланса, получаем г(Тхг)г(х = пг)г(гтх;сх; соз а.
(23.20), В результате численного интегрирования обыкновенного дифференциального уравнения (23.20) находят распределение Ттл (х): и температуру на выходе из охлаждающего тракта Т„,„„(схема «а» подвода охладителя на рис. 23.1!) или на выходе из участка тракта охлаждения (схемы «б», «в» на рис, 23.11), Для расчета необходимо задавать температуру охладителя Т,,„на входе в участок охлаждения, геометрические параметры камеры г((х), а (х), зависимости сх (Т) и д (х). Полный подогрев охладителя ЬТ, на участке тракта или в тракте в целом (в зависимости от схемы подвода охладителя) определяется разностью ЬТ„=: Тх,„,— — Т, „. 23.4.3. Определение площадеи охлаждающего тракта Для подвода в охладитель теплового потока с плотностью д в каждом сечении камеры необходимо обеспечить определенное значение коэффициента теплоотдачи а„.ро от стенки к охл адителю: е«х.
ро = сехЧ»о = ггтl( ст.х Тх). После того как определены значения д, Т„„Т» при заданном расходе охладителя л«„обеспечить необходимый коэффициент а„ро можно, изменяя скорость охладителя, которая зависит от йлощади канала и конструкции оребрения. В случае жидкого охладителя, когда коэффициент теплоотдачи определяется формулой (23.!6), необходимо обеспечить выполнение условия е«, = 0,023 1(рпг)ж гг«(»' ) Аж = 4!(Тот.
х — Тх) т)ра С учетом разности площадей гладких внутренней и внешней поверхностей огневой стенки, а также возможного оребрения необходимая площадь составляет о . Г 0 023ггж (Тот. х Тх) Чра (1 + бстгл) 1 '»а. (23 21 ,=т, до,х ( ) ч Чтобы обеспечить необходимый отвод теплоты, площадь проходного сечения охлаждающего 1ракта должна быть не больше, чем найденная по формуле (23.21). По принятым значениям г, подсчитывают скорость движения охладителя шх — шк~~хрх. Скорость жидких охладителей достигает десятков метров в секунду, газообразных — существенно больше.
23.4.4, Потери давления в охлаждающем тракте Одновременно с расчетом теплоотдачи находят изменение давления в охлаждающем тракте. Тракт охлаждения, начиная от места входа охладителя, делят на характерные участки. Потери давления на каждом участке тракта определяются потерями из-за трения Ар,р и местными гидравлическими потерями Ьр„: Ар.= Ар„+ Лр„. (23.22) Потери из-за трения для каждого охладителя определяют по формуле Артр — Лтр д (23.23) Значения р, ш и й., принимают средними для данного участка.
Безразмерный коэффициент трения Л,„при турбулентном течении жидкости равен при Ке = 3 1У . 10" Лтр = 0 3164/Кеа,м. при Йе = 10'... 10' Л,р — — 0,0032+ 0,221/йеодзт Число Рейнольдса в формулах для расчета Л,р находят по эквивалентному диаметру канала и значениям параметров р, т1,„, отнесенным к средней температуре охладителя. Потери давления из-за местных сопротивлений (внезапное расширение и сужение, поворот и т.
п.) определяют по формуле И,.=-Ь '-,-, (23.24) где 99 — коэффициент местного сопРотивлениЯ (из спРавочников). Потери давления на режимах А с пузырьковым кипением выше, чем потери при движении однофазной жидкости. Аналитическое определение их затруднительно. Потери давления на режимах С и )3 рассчитывают по соответствующим зависимостям для газов. После того как найдены потери давления Ар; на участке 1, вычисляют абсолютное давление охладителя р;„= р, — Ар„ знать которое необходимо для расчета на прочность и определения температуры кипения охладителя. 259 Суммарные потери давления Лр„в охлаждающем тракте находят, суммируя Лр; по всем участкам: лр,= ~„'др, Эту величину используют при расчете системы подачи топлива. 23.4.5. Ограничения регенеративного охлаждения Условия н а д е ж н о с т н регенеративиого охлаждения, сформулированные выше, следует, очевидно, дополнить условиями р а ц и о н а л ь н о с т и этого способа охлаждения.
К условиям рациональности можно отнести следующие: потери давления в охлаждающем тракте должны быть возможно меньшими, чтобы снизить мощность и массу средств подачи топлива; тракт охлаждения должен быть технологичным. Выполнить условия надежного и рационального охлаждения можно не для любой камеры. При выбранном топливе и заданной максимальной тяге имеются ограничения по давлению в камере сгорания, а при выбранном топливе и фиксированном давлении— по тяге. О г р а н н ч е н и е по р„,„обусловливается прочностью и устойчивостью стенок камеры прн максимально допустимой температуре Т„ „. С увеличением давления р„ минимально необходимая по условиям прочности и устойчивости толщина стенки из принятого материала 6„ ,„ увеличнвается.
В то же время, как было показано выше, для эффективности передачи теплоты через стенку н снижения Т„, ее толщина должна быть возможно меньшей. Одновременное удовлетворение требованиям прочности~ устойчивости и теплопередачи возможно лишь при определенном сочетании величин б„и р„. Диапазон приемлемых значений б„сокращается с возрастанием р„. Применение связанных оболочек, когда силовую нагрузку несет холодная наружная стенка камеры, существенно расширяет диапазон допустимых значений давления р„по прочности.
Однако в отношении устойчивости стенки опасным является режим запуска, когда давление компонента в тракте охлаждения велико, а в камере сгорания еще мало. О г р а н и ч е н и е по р„,„обусловливается располагаемой тепловосприимчивостью охладителя, т, е. максимальным количеством теплоты, которое можно передать единице массы охладителя, не перегревая его выше некоторой допустимой температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
