Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Эти зависимости обычно имеют вид Ври (31.1) или и =А+Вр. (31.2) В соотношениях (31.1) н (3!.2) А, В, В, — постоянные, зависящие от природы топлива и начальной температуры заряда. Зависимость скорости горения от давления определяется природой 347 Зц5. Зависимость скорости горения от, давления: à — моиотоииаи зависимость: у — зааиси. масть с участкам «плато дня)о топлива. Для смесевых топлив существенное влнянне прн этом оказывают размеры частиц окнслнтеля (рнс. 31.4) н нх распределение по размерам. Такой хапд""я рактер зависимости показателя р У и о а Ю степени т от среднего размера частнц окислителя соответствует «трехпламенной» модели горения, смесевых твердых топлив; относительный вклад различных пламен в скорость горения определяется размерами частиц окислителя.
Для скоростн горения двухосновного топлива известны завнснмостн, учитывающие наряду с давлением такие факторы, как теплота образования н природа топлива. Этн факторы условно характеризуют массовым содержанием МО» в топливе. формула. для скорости горения может иметь внд и = а ехр !Ьяно,) Рт где а — коэффициент, зависящий от начальной температуры топлива; Ь вЂ” константа; дно, — массовое содержание ЫОз в толля не. Для большинства твердых ракетных топлив формулы (31.1) н (3!.2) в требуемом на практнке диапазоне изменения давления. одинаково точно отражают результаты экспериментов.
Пред. почтение обычно отдают зависимостям типа (31.1). Пример такой~ зависимости в логарифмической сетке координат показан' на рнс. 31.5. Скорость тгорення некоторых топлив в определенном интервале давления может не зависеть от давления (т = 0). На рнс. 31.5 (крнвая 2) показан пример такой зависимости, имеющей участок' постоянной скорости горения (участок «плато»). Известно, что так называемый эффект плато проявляется прн горении двух- основных топлив, содержащих специальные добавки — каталнзаторы. Для таких топлив (начнная с некоторого давления) роль' реакций в конденсированной фазе (онн слабо зависят от давлення)' становится преобладающей по сравнению с теплоотдачей нз зоны газовых реакций, хотя последние н зависят от давления.
Скорость горения смесевых топлив в соответствии с нх механнзмом горения определяется кинетическими (скоростн хнмнческнх реакций) н днффузноннымн (поступленне в зону реакций реагирующих веществ) факторами. Прн определении константг характеризующих этн факторы, нз измерений скорости горения можно получить простые н точные зависимости для расчета ско- 348 рости горения. Например, для топлив на основе перхлората аммония Саммерфилд получил формулу ! а Ь вЂ” = — + —,— (3!.3) и а 1 р где коэффициент а определяется кинегическями факторами, а Ь— диффузионными. 31.2.2.
Влияние начальной температуры топлива Вследствие низкой теплопроводиости твердого топлива изменение температуры заряда от начальной, которую он имел перед горением, до температуры иа поверхности горения происходит в тонком прогретом слое — десятые и сотые доли миллиметра. Температура основной массы заряда практически не изменяется во время работы двигателя в связи с малым временем горения заряда. Таким образом, начальная температура заряда определяет начальные условия для прохождеяия волны горения; в частности, гетерогенные химические реайцнн в прогретом слое существенно зависят от температуры. Изменение начальной температуры твердого топлива, вызванное условиями хранения или эксплуатации, может привести к перестройке механизма горения, выдвигая в качестве «ведущих» химические реакции, не игравшие до этого определяющей роли.
Смена механизма проявляется обычно в изменении показателя степени в зависимости скорости горения от давления в определенном интервале давлений и в сопутствующем изменении температурной чувствительнзсти. Некоторые исследования привели к выводу о том, что сильная зависимость скорости горения от температуры может приводить к повышению склонности топлива к неустойчивому горению. Изменение скорости горения в зависимости от начальной температуры при постоянном давлении оценивают температурным коэффициентом скорости горения и„: (31.4) Коэффициент (п„)р характеризует относителшюе изменение скорости горения при изменении начальной температуры на одкн градус, размерность коэффициента К '.
Чувствительность скорости горения к изменению начальной температуры в различных условиях неодинакова. Большинство экспериментов свидетельствует об уменьшении температурной чувствительности топлив при повышенных давлениях. Однако для смесевых топлив на основе перхлората аммония такая зависимость может быть характерной для всех значений давления. Увеличение давления в определенном интервале его изменения 949 и т, = и т, (1 + (пе) р (Тт — Т,)).
(31.5) Для оценок скорости горения с учетом влияния начальной температуры и давления можно применять комбинированные зависимости вида ср» и = т,— т, где с — постоянная, зависящая от природы топлива. На рис. 31.б' приведена зависимость скорости горения от давления и начальной температуры для нескольких твери,аги7гс дых топлив.
Температурная чувствительность Ю скорости горения зависит от Гме)адо Г Дг 7Ур,йУаГ 7 Ф дв д ног ЗК7. Влияние среднего размера частиц 3!.6. Зависимость скорости го- рения от давления и начальной температуры для различных твердых топлив: 2 — на осноае КСЮЛ 2 — даухос. ноевое топлено марке 1РЫ; 3 на осноае МиаСЮЛ 4 — на основе ын,ыо, окислителя и их распределения по размерам на температурную чувствительность скорости горения: о — параметр меряны Вуккякн распределевня приводит к смене ведущего механизма горения — скорость горения начинает лимитироваться не диффузионным пламенем, образующимся при взаимодействии продуктов разложения ПХА и горючего, а только пламенем ПХА как монотоплива.
Последний тип пламени определяется кинетикой химических реакций, значительно больше зависящей от температуры, чем диффузионное перемешивание. Этим и объясняется повышение с возрастанием давления температурной чувствительности топлива. Коэффициент (пе)р зависит и от начальной температуры. Для проведения йриближенных расчетов часто считают, что коэффициент (пн)р не зависит от давления в камере сгорания РДТТ и значения его мало отличаются друг от друга в различных интервалах начальных температур. Это дает основание использовать при расчетах зависимости вида структуры топлива. Исследования для смесевых топлив показывают (рнс.
31.7) снижение (и„) с повышением содержания перхлората аммония вообще н его мелкоднсперсной фракции в особенности. Поэтому с точки зрения температурной зависимости скорости горения составы с возможно более низкой днсперсностью частиц окислителя имеют преимущества. Для различных твердых топлив значения (п„)р составляют 0,001 ... 0,005; для двухосновных — онн ближе к верхнему значению, для смесевых — примерно вдвое меньше. 31.2.3.
Эрозяонное горение Рассмотренные ранее зависимости скорости горения от давления н начальной температуры относятся к случаю, когда вдоль поверхности горения нет движения продуктов сгорания. По мере удаления от переднего торца заряда, показанного на рнс. 31.8, н прн приближении к соплу расход газа н его скорость увеличиваются. Прн этом скорость горения одного н того же топлива в одинаковых условиях (давленне в камере сгорания н начальная температура) может увеличиваться, если вдоль поверхности горения движутся продукты сгорания.
Горение в таких случаях называют эрознонным. Основная причина этого явления состоит в интенсификации процессов тепломассопереноса. Прн увеличении скорости газов, обтекающих поверхности горения, турбулентное ядро потока перемещается в зону химических реакций н газификации компонентов топлива. В результате такого перемещения происходит турбулнзация зоны горения н ее прнблнженне к поверхности топлива. Усиленный подвод теплоты к поверхности горения интенсифицирует химические реакции в конденсированной н газовой фазах н приводит к увеличению скорости горения.
Если на поверхности горения имеется жидкая нлн пенообразная пленка, то прн высокой скорости потока происходит сдуванне частиц, в результате чего «эффектнвная» поверхность горения увеличивается н скорость горения возрастает. г г р дяг гяг даг и~, и/г 31,8. Изменение скорости газового потока в камере сгорания РДТТ 31.9. Зависимость относительного увеличения скорости горения от скорости газового потока вдоль поверхности горении 31.10. Зависимость ароаионного отнойе- ння от приведенной массовой скорости 1Л Чаще всего эрозионное горение возникает сразу после запуска, бl когда площадь поперечного сечения каналов в заряде мала.
По мере выгорания топлива плоа дг де да йа гг щадь поперечного сечения кана- лов увеличивается, скорость газового потока уменьшается и эрозионное горение исчезает. Разработка РДТТ с высокой скоростью потока в канале заряда, в частности, бессопловых РДТТ требует достаточно точных методов расчета скорости эрозионного горения. Существующие расчетные модели эрозионного горения базируются, как правило, на теории химически реагирующего пограничного слоя и отличаются друг от друга полнотой учета газодинамических и химических процессов в зоне горения. Пока эти методы не дают достаточно корректного описания эрозионного горения, что объясняется недостаточной изученностью этого явления и отсутствием надежной теории турбулентности.
Поэтому на практике используют формулы, полученные на основе эксперимента. На рис. 3!.9 приведены результаты определения относительного увеличения скорости горения в зависимости от скорости газового потока для двухосновных топлив. По оси ординат отложено так называемое эрозионное отношение е = и/ие. Оно равно отношению скорости эрозионного горения к скорости горения при отсутствии обдува; условия горения (давление и начальная температура топлива) при этом одинаковы. Обнаружена большая зависимость е (в„) для топлив с меньшей скоростью горения и при уменьшении диаметра исследуемого канала заряда.
Для определения е применяют зависимость вида е =!+с(в„— в„,,), (31.6) где в„,, — пороговое значение скорости газового потока, ниже которого эрозионное горение отсутствует, т. е. е = 1, с — постоянная эрозионного горения. Эффект пороговой скорости определяется взаимодействием между поступлением (вдувом) продуктов сгорания от поверхности горения и турбулентным пограничным слоем, созданным основным потоком. При низких скоростях потока параметр вдува очень высок. Вследствие этого касательное напряжение на поверхности топлива оказывается весьма низким, пограничный слой оттесняется от поверхности топлива, а градиент скорости вблизи нее резко уменьшается. В результате турбулентность вносит лишь незначительный вклад в увеличение коэффициентов перенося в зоне газообразных реакций около поверхности горения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
