Трушляков В.И. и др. Монография (818589), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Это обусловлено сравнительно небольшой площадью горения горючего, что увеличивает время протекания процесса термохимического обезвреживания, и при малой защищенности конструкции бака от воздействия высокотемпературных продуктов реакции происходит ее перегрев. Снижение расхода окислителя приводит к тому, что остатки горючего не успевают прореагировать за отведенное для процесса время. 142 Т,С Р, Мпа 1.4 е-тенпннптзв 1.2 -«-деви«нее 1200 1 1 - начало Од Разлапенмя; 2 - уме ньменне подачи окмслиталя; 0.0 3 - арек13ВМеиме разлопеннж 4- подача 1,12 ст 0.4 стекионичри мькопн В - подача 0,6 от стекиометрмчаского ВОО о о о 2 4 6 В 10 12 14 1В Рис.
ЗЗ9. Изменение температуры продуктов разложения прм переменном расходе окислителя Т,'С и- Темпаратура продуктов разложения Температура открыгык злемемгои бака еаркнего днимм .«. Температура открытык клементов бака цилиндричаскоп обечаави 400 200 «-Температура открытык элементов баяв туннельного трубопРовода -е- Температура злементов бака, закрьлык остатками горючего -100 0 20 40 60 60 100 120 140 1ВО 1ВО 1, с Рнс. 3.40. Температурный режим обезвреживания при оптимальном дренажном отверстии 143 Увеличение площади дренажных отверстий тоже не дает удовлетворительных результатов. Зтн процессы ярко выражены для первой ступени и менее заметны для второй и третьей ступеней.
В случае равномерного расположения остатков горючего по внутренним поверхностям бака реализуется процесс с высокой защищенностью от высокотемпературного воздействия несущей конструкции бака со средней скоростью обезвреживания, которой недостаточно для обезвреживания остатков за отведенное время. В третьем варианте расположения остатков горючего в виде парожидкостной смеси реализуется низкая температура процесса обезвреживания при высокой скорости газификации жидких остатков. В зтом случае большая площадь поверхности горючего способствует более быстрому его нагреву и испарению, в то же время температура продуктов окисления и разложения существенно ниже, так как идет большой теплоотвод на нагрев остатков горючего, но требуются значительные площади дренажных отверстий.
Данный режим обезвреживания для РН «Протон» самый выгодный, т.к. в отличие от РН «Космос» здесь практически невозможно (особенно для первой ступени) обеспечить вариант равномерного распределения остатков горючего на поверхностях бака. 146 ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование гидродинамикн и процессов тепло- н массообмена прн термохимнческом обезвреживании остатков токсичных компонентов ракетного топлива Особенности экспериментального исследования процессов обезвреживания обусловлены тем, что законы элементарных актов химических превращений не зависят от масштабов эксперимента Однако химические превращения всегда сопровождаются процессами переноса реагирующих веществ н продуктов реакций с одновременным выделением или поглощением тепла Физические процессы сильно зависят от размеров химического реактора, поэтому в реакционных системах устанавливается специфическое для данного масштаба распределение концентраций и температур.
Вследствие этого наблюдаемые результаты по скорости и избирательности химических процессов сильно зависят от масштабов реакторов [2-$, 1б, 251. Теория подобия оказывается неприменимой к химическим реакторам, так как гндродинамические, тепловые и химические условия подобия не совместимы. При изменении масштабов изменяются режимы гидродинамнческих и тепломассообменных процессов, влияющих на химические превращения.
Обеспечить в большинстве случаев условия, прн которых физические факторы оказывают одинаковое влияние на скорость химических реакций в реакторах разного масштаба не представляется возможным. Поэтому при создании наземных модельных экспериментальных установок необходимо стремиться к сохранению масштабности натурного и модельного объектов [25, 271. 4.1. Гидродинамика остатков топлива на участке разделения ступеней вначалепроцесса обезвреживания Реализация метода термохимического обезвреживания остатков КРТ в ОЧ существенно зависит от характера распределения нх внутри бака после разделения ступеней на момент начала процесса обезвреживания.
При температуре 25 'С парциальное давление НДМГ составляет около 0,21 Па (остальное в газовой фазе - азот, применяемый для наддува бака горючего). Прн емкости бака, например для РН «Космос-ЗМ» [91 около 30 м', количество НДМГ, находящегося в паровой фазе, составит около 20 кг. Таким образом, даже при !47 минимальном количестве оставшегося в баке НДМГ (200 кг) доля его, находящаяся в парообраэном состоянии, составляет менее 10 54 массы, остальная часть горючего находится в жидком виде в одном нз приведенных ниже состояний. В зависимости от начальных условий по перегрузкам, соответствующим началу разделения ступеней, и характера последующих силовых воздействий на ОЧ при ее свободном автономном движении, были выделены четыре наиболее харак- терных расчетных случая. 1. Равномерное распределение остатков КРТ в емкостях по поверхностям конструктивных элементов происходит на участках длительного отсутствия перегрузок, превышающих по абсолютной величине 0,01-0,005йе, что соответствует равновесному состоянию, в котором не происходит обьемного перемещения НДМГ.
Очевидно, в этом состоянии характерными будут два процесса: - теплообмен жидкого компонента с обечайкой емкости (или другими смачивающими конструктивными элементами); - процесс взаимного испаренив с поверхности и конденсации паров. 2. Другим расчетным случаем явлается равномерное распределение газожндкостной смеси по всему объему емкости. Этот случай возможен после воздействия перегрузок (более 0,1й.), носящих знакопеременный характер. В случае отсутствия последующих управляющих воздействий компонент и газ наддува обра- зуют газожидкостную смесь, причем пузырьки газа и капли жидкости хаотично перемещаются внутри бака. Время, в течение которого жидкость находится в таком состоянии, зависит от начальных условий, концентрации паров, действующих температур и других факторов.
Длительность рассматриваемого состояния жидкости можно принять 20-е0 с. После этого интервала времени, как следует из аналогичных экспериментов, состояние КРТ внутри бака будет ближе к первому расчетному случаю. 3. Третий расчетный случай соответствует расположению НДМГ у верхнего или же у нюкнего днища емкости. При этом на НДМГ должна действовать однонаправленная перегрузка, причем суммарный вектор поля массовых сил изменяется в просгрансгве телесного угла не более чем на 30'. Описание колебаний остатков КРТ может быть представлено в традиционной форме, рекомендованной в отраслевых стандартах. Аналогично первому случаю происходит теплообмен между компонепгом и обечайкой, испарение частиц НДМГ с поверхности и конденсациа паров.
Как было отмечено, такое положение НДМГ на участке авто- !4е немного движения объекта может быль обусловлено наличием действующей пе- регрузки. Причинами, вызывающими зту перегрузку, могут быть либо аэродинамическое сопротивление. либо тяга ДУ (участок спад тяги). Так для РН "Космос" длительное состояние (более 20 с), соответствующее расчетному случаю 3, маяове- роятио. 4. В качестве четвертого расчетного случая принято упорядоченное движение КРТ вдоль стенок бака. Такой внд движения НДМГ образуется в случае резкого сброса тяги ДУ и соответствующего прогиба днища или же в случае закрутки ОЧ при разделении из-за разбросов импульсов последействия камер ЖРД.
Этот вариант может представлять интерес в данной разработке лишь с точки зрения формирования начальных условий для режима обезвреживания, т.к. наличие сил, обеспечивающих ллительное (более 20 с) упорядоченное движение НДМГ в баке Г, не предполагается. Все возможные схемы расположения горючего в баке представлены на рис. 4.1: а) горючее равномерным слоем прилегает к смачиваемым поверхностям емкости н проходящей в ней магистрали; б) горючее по всему объему бака распределено равномерно в виде капель диаметром 3-6 мм, образуя газожидкостную смесь; в) НДМГ расположено в районе заборного устройства в виде сплошной жидкости, уровень которой определяется остаточным количеством горючего.
г) горючее находится в районе верхнего днища и равномерно стекает к нижнему днищу со скоростью около 2 см/с; Характер движения жидкости в баке под воздействием обратной продольной перегрузки зависит от степени заполнения бака, величины обратной перегрузки, конфи~урании бака, параметров жидкости и т.д.
Как известно, при достаточно большой степени заполнения бака, жидкость под действием обратной предельной перегрузки движется вверх по стенкам бака и лишь незначительная часть ее может отрываться от основной массы и двигаться вверх в виде отдельных капель. В работе (25] приведены результаты исследований поведения жидкости в диапазоне заполнения бака жидкостью от 1О до 50 Ъ. Прн малой степени заполнения бака (не более 5 54), которая характерна для остатков КРТ в отделившейся части ракеты, поведение жидкости под воздействием обратной перегрузки может иметь существенные особенности, связанные с тем, что вся жидкость к началу действия обратной перегрузки сосредоточена в 149 нижней части сферического днища, имеющего малую кривизну и не имеет контакта с цилиндрической частью обечайки. Вьвкнение реальных гидродинамических процессов остатков КРТ в баке отделившейся части ступени является одной из целей работы.
Математическое описание сложных процессов движения остатков КРТ затруднительно, поэтому в основу исследования положены эксперимен- тальные методы. Анализ подходов к экспериментальным исследованиям процессов нейтрализации НДМГ с точки зрения создания штатных условий при моделировании автономного движения показывает возможность создания условий (перегрузки), перечисленных в характерных случаях нагрузок на бак с остатками КРТ для существующей экспериментальной базы. Агрегатное состояние компонентов, безусловно, влияет на протекание процессов обезвреживания и на первом из предлагаемых этапов экспериментальных исследований может быть воспроизведено известными техническими средствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
