Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Воронежский государственный технический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

2799

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.11.2022

Размер:

2.32 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 142 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

родного, азотнокислотного топлива недиссоциированные ПС будут содержать в пристенке следующий равновесный состав:

H 2O , CO2 , H 2 , CO , N 2 . Этот недиссоциированный газ

характеризуется так называемой эффективной температурой, определяемой из соотношения:

T Д	R Д
0 Г	0 Г	,
T0 Г		,
		R0 Г

где T0ДГ , R0ДГ – температура и газовая постоянная диссоциированных (действительных) ПС; T0 Г , R0 Г – температура и газо-

вая постоянная недиссоциированных ПС. Из этого соотношения следует, что поскольку у недиссоциированного газа газовая постоянная меньше, чем у диссоциированного, то будет

иметь место неравенство T	T Д	. Таким образом, увеличе-
0 Г	0 Г

ние интенсивности теплообмена при процессах диссоциации – рекомбинации в пограничном слое производится путем расчета теплообмена на более высокую разность температур или энтальпии недиссоциированного газа по сравнению с диссоциированным.

Функция S S km	,TСТ находится из результатов
CТ

термодинамического расчета недиссоциированных ПС по формуле:

I 0 Г

I СТ

0,15

2,06538

0 Г

0,425 1

0,595 3 T

0,15

0 Г

СТ

где I 0 Г – энтальпия недиссоциированных ПС при km

T0 Г ;

СТ

IСТ – энтальпия недиссоциированных ПС при TСТ ,

0 Г , R0 Г , T0 Г – молекулярная масса, газовая постоянная

и температура

торможения недиссоциированных

ПС

при

T0 Г ;

СТ

		TСТ	– температурный фактор.
T		TСТ
T
	СТ	T0 Г
		T0 Г

Вычисление распределения конвективных тепловых потоков

а) основная, или «точная» формула:

qК T X wI0Г IСТ ,

где Т – безразмерный коэффициент теплоотдачи от газа к стенке;

X – вспомогательная величина – характерная плотность (изменяется по длине);

w – скорость недиссоциированных ПС на границе с по-

гранслоем.

Вычисления по «точной» формуле согласно методики В.М.Иевлева проводятся в следующей последовательности.

1.Исходя из заданного полного давления в конце камеры сгорания, расчетного соотношения компонентов в пристеночном слое kmСТ и температуры стенки TСТ (в первом

приближении =1000 К)	определяют параметры потока
I 0 Г , IСТ , R0 Г , 0 Г , T0 Г ,	соответствующие недиссоции-
рованному газу. Посчитав состав недиссоциированных ПС
для среза сопла, можно оценить средний показатель про-
цесса k.
2. По известной геометрии	камеры строят вдоль контура

функцию	3 (x) :
			1	2
			1					,
3
	2		1,52		2	0,18

				9


1			1				D 0,8


		2 1 TСТ		4 3 TСТ
		2 1 TСТ		4 3 TСТ

где D

– относительный текущий диаметр;

d кр

–

относительная

скорость

истече-

1)(k

ния (

– коэффициент скорости),

вычисляется для каждого

расчетного сечения.

Определяют характерное число Рейнольдса течения:

PK d кр

1 RT

0,5

0 Г

Затем рассчитывают распределение zТ по длине камеры:

1(k

4,42

Re 0

zТ

3 (x)dx ,

1,2 1

1,52

0,18

СТ

где

– относительная координата;

кр

zТ – вспомогательная функция, пропорциональная толщи-

не потери энергии в погранслое.

Интеграл

3 dx вычисляется любым численным методом

(либо графически) и заносится в расчетную таблицу.

Находим отношение

zТ

для всех расчетных сечений:

0,54

0,08696

zТ

1,769

TСТ 0,1

TСТ

0,1

где z – вспомогательная функция, пропорциональная толщине потери импульса в погранслое. Зная zТ z , можно найти рас-

пределение z по длине камеры.

5.Вычисляют безразмерный коэффициент теплоотдачи для участков:

zТ

0,089 Pr 0,56

0,9225

0,21

Pr 4 3 1

TСТ

307,8 54,8 lg2

Pr 19,5

Pr 0,45

z 0,08

650

или

T A z n / 2 zT n / 2 Pr m ,

где n=0,15; m=0,58 – показатели степеней; А – постоянная. Pr с достаточной точностью можно принимать равным 0,75.

Для расчета в дальнейшем потерь удельного импульса на трение в этом пункте можно вычислить безразмерный коэффициент трения:

0,03327 z 0,224 3,966 10 4 .

6.Находят распределение конвективных тепловых потоков по формуле:

1 PK

I 0 Г

I СТ

0,5 1

0,82 3

0,18

D 2 R

0 Г

СТ

где

1(k

a 21,18

2 (k

2k (k

1) ;

	1	2
	1								.
1		2		0,82			2	0,18	.
1				0,82		9		0,18

		1			1


			2 1 TСТ			4 3	TСТ
			2 1 TСТ			4 3	TСТ

Распределение напряжений трения в сечениях находят по формуле:

	b			1			PK		к				,
			2 1			0,82	3				0,18
		D	2 1	T		0,82	3	T			0,18
					СТ				СТ
где
b 2	2,18		2			1(k	1)	k						.
	2,18		2					k
			(k	1)						k	2	1
			(k	1)							2

б) Вычисления по первой приближенной формуле:

		1			P 0,85		S
qK	B	1			K				.
			0,15		1,82	0,15		0,58
				D			Pr

						d кр

3 dx

Здесь B aA 1000 0,105 – постоянная, зависящая только от

TСТ и k;

0,075

A A zT z , где A=0,01352 – постоянная. Зависящая от

кр

TСТ ;

		1,18				0,85			0,425
	2	1,18		2		(k	1)	2k	0,425
	2			2				2k

a									.
a	4,42		0,15		k 1			k 1	.
	4,42		0,15		k 1			k 1

в) вычисления по второй приближенной формуле:

		1	2 P 0,85	S
qK	B		K		.

		D 1,82 d кр0,15		Pr 0,58
		D 1,82 d кр0,15		Pr 0,58

Отметим, что при вычислениях конвективных потоков используются следующие размерности:

PK	Па ,		R	Дж		,	Н с	,
PK	Па ,		R	(кг град)		,	м2	,
I	Дж	,
I	кг	,
S	Дж			м с1,70			,
S	(м 2 с)				кг 0,85 град 0,105		,
	(м 2 с)				кг 0,85 град 0,105
q	Дж			Вт	.
q	(м 2		с)	м 2	.
	(м 2		с)	м 2

Определение лучистого и полного тепловых потоков

Лучистый тепловой поток в камере сгорания (в предположении, что «холодный» пристенок не влияет на его величи-

ну и температура стенки TCT гораздо меньше температуры ПС TK ) можно посчитать по формуле:

						TK		4
	qл	ст.эф	Г C0			TK	100	.
							100

Здесь		ст	1		– эффективная степень чер-
	ст.эф	ст		2

ноты стенки; ст – степень черноты стенки (зависит от материала

стенки и состояния ее поверхности). Для стенок камеры сгорания ЖРД, несколько загрязненных сажей, можно принимать

ст 0,8;

5,67

Вт

– коэффициент лучеиспускания

абсолютно черного тела.

Степень черноты ПС (в излучении учитываются только

CO2

и H 2O ):

O CO ,

где

эмпирические

зависимости

CO2

l,T

H2O

l,T,

представлены в виде графиков и являются

справочным материалом.

Эквивалентная

длина луча определяется

из таблицы

(верхняя строка для цилиндрической камеры сгорания):

lЦ

1,0

1,5

2,5

4,0

lЭ

0,6

0,75

0,85

0,9

Значение TК определяется для соотношения компонен-

тов в среднем по камере. Учет снижения лучистого теплового потока из-за поглощения в низкотемпературном пристеночном слое можно производить по формуле:

q л.кам q л.km.ср ,

где q л.km.ср – лучистый тепловой поток от ПС, заполняющих

камеру сгорания и соответствующих по составу и температуре среднему соотношению компонентов по камере km.ср ; – ко-

эффициент, учитывающий уменьшение интенсивности излучения из-за «холодного пристенка».

При расходе в пристеночном слое 20 15% mследует брать 0,6 0,7 ; при расходе 15 10% mкоэффици-

ент 0,7 0,8 . При очень тонком пристеночном слое, например, созданном пленочной завесой, коэффициент можно

поднять до значений	0,9	0,95 .
Посчитав максимальный лучистый поток в конце каме-
ры сгорания, распределение		q л по длине камеры производят

по эмпирическим соотношениям Л.Ф.Фролова: 1) начиная с расстояния 50—100 мм от головки камеры и до сечения в док-

ритической части сопла с диаметром 1,2d кр		q л постоянный и
равный	q л.кам , вычисленный по средним параметрам газа в
КС; 2)	непосредственно возле головки qл	0,25qл.кам ; 3) в

докритической части сопла (с относительным диаметром d ),

				2
qл	qл.кам 1 12,5 1,2		d	2	; 4) в критическом сечении со-
пла	qл 0,5qл.кам ; 5)			в	закритической	части	сопла
qл	qл.кам.	2 .
qл	2d	2 .
	2d
В расчетную таблицу заносят значения q л и						qГ qк	qл ,

полученные в предположении TСТ.Г const и соотношении

компонентов в пристеночном слое km	km	. Если на КС
СТ	СТ 0

и сопле специальных поясов завесы охлаждения нет, то полученные значения q используют в дальнейшем расчете. Если же на КС или сопле стоят специальные пояса завесы охлаждения, то полученные значения тепловых потоков необходимо уточнить, т.е. учесть влияние завесы охлаждения, снизив в определенной степени тепловые потоки на соответствующих участках.

Расчет завесы охлаждения

Длину участка испарения жидкой пленки завесы можно определить по формуле:

lж	mЗ	cж TS	TН	QS		,
		к TГ 0	TСР	к TГ 0
	D				TS
где коэффициент устойчивости жидкой пленки					1 зависит

от числа Рейнольдса жидкой пленки

Re З		mЗ
		D ж

и является эмпирической величиной;

mЗ – расход компонента (обычно, горючего) на завесу;

cж – теплоемкость жидкости завесы при средней температуре TСР 0,5 TН TS ;

TН , TS – начальная температура жидкости и температура

еекипения или разложения при данном давлении в камере;

к– конвективный коэффициент теплоотдачи при отсут-

ствии завесы	к	qK 0		;
	к		TГ 0	TСТ.Г
			TГ 0	TСТ.Г

TГ 0 , TСТ.Г – температура газа в пристенке и температура

стенки при отсутствии завесы.

Можно считать, что на протяжении жидкой завесы конвективный тепловой поток в стенку будет отсутствовать.

Расчет турбулентного перемешивания завесы сводится к расчету изменения соотношения компонентов в завесе после того, как жидкая пленка полностью испарится и до того момента, как завеса полностью поглотится пристеночным слоем. Изменение расчетного соотношения компонентов по длине завесы рассчитывается по формуле:

km. расч	km.0	1 1 km.0	mЗ / mСТ
km. расч			,

где – коэффициент полноты турбулентного перемешивания,

имеющий крайние значения: а) при x	0 , в самом начале пе-
ремешивания, конец испарения завесы,	0 — перемешива-

ние отсутствует; б) при x , далеко от начала перемешивания, 1— произошло полное перемешивание.

Эмпирический коэффициент полноты турбулентного перемешивания обычно представляется в виде:

			1 e M		2
			1 e M	x	2	,
где x	x	,	HСТ – начальная			толщина пристеночного
		H СТ

слоя (для однокомпонентной завесы из горючего ее условно можно считать как среднее по периметру головки расстояние от последнего ряда окислительных форсунок до стенки КС);

M K mСТ m	, причем постоянная К отражает факто-
	З

ры, влияющие на интенсивность турбулентности в пристеночном слое:

K 0,05 0,20 10 2 .

Расчет конвективного теплового потока с учетом завесы охлаждения можно вести в следующем порядке:

1. Определяется конвективный тепловой поток без учета завесы охлаждения qK 0 . При этом считают, что состав и параметры пристеночного слоя определяются исходным соотношением компонентов в нем km.0 , а температуру стенки принимают TCТ.Г 1000 K .

2. Рассчитывают завесу охлаждения, т.е. определяют длину участка испарения lж и изменение соотношения ком-

понентов вдоль стенки km. расч .

<<< < Предыдущая 12 / 142 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
15.11.20222.31 Mб02791.pdf
#
15.11.20222.31 Mб02793.pdf
#
15.11.20222.31 Mб12796.pdf
#
15.11.20222.32 Mб32797.pdf
#
15.11.20222.32 Mб42798.pdf
#
15.11.20222.32 Mб22799.pdf
#
15.11.20222.32 Mб12800.pdf
#
15.11.20222.32 Mб12801.pdf
#
15.11.20222.33 Mб02804.pdf
#
15.11.20222.33 Mб22805.pdf
#
15.11.20222.33 Mб62806.pdf