7.1.4.3. Тепловой расчет камеры

При расчетах теплообмена между горячей стенкой и охладителем используется соотно шение

Nu 0,023Re0,8Pr0,4.

При решении этого уравнения относи тельно коэффициента охл получаем

охл 0,023(7w)0,8K/dг0,2,

где 7 — плотность охладителя, w — его скорость; dг — гидравлический диаметр канала, K — ком плекс физических параметров охладителя:

K (cp /.)0,4 0,6,

где . — динамическая вязкость; — коэффици ент теплопроводности охладителя.

Важной характеристикой охлаждающего тракта является его гидравлическое сопротив ление, которое пропорционально скоростному напору Р 7w2/2. С учетом вышеизложенного получаем:

q 0,023(2P7)0,4(K /dг0,2)(Тст.охл — Тохл).

Охлаждающие свойства топливных компонентов представлены в табл. 7.1.2, где указаны значения тепловых потоков, вос принимаемых охладителем, для различных

Р, при разности температур (Тст.охл — Тохл)200 К для всех охладителей, кроме водо

рода. Для него эта разность принята равной 500 К: при нагреве водорода в охлаждаю щем тракте не образуется двухфазной среды

с резким различием теплофизических ха

таблицы, водород обладает наилучшими ох лаждающими свойствами. Существенно худшими охладителями являются широко используемые в этом качестве горючие НДМГ и керосин. В общем случае горючие в этом качестве предпочтительнее окисли телей, поскольку не являются агрессивной средой (однако расхода горючего может оказаться недостаточно).

Для надежного охлаждения камеры не обходимо выполнить два необходимых ус ловия:

1.После восприятия всей теплоты ох ладитель не должен перегреться выше до пустимой для него температуры: кипения, либо термического разложения. Последнее явление присуще углеводородным горючим типа керосина и приводит к образованию в них вязких смол и твердого кокса. Отлага ясь на стенке, омываемой охладителем, они недопустимо увеличивают термическое со противление, что приводит к прогару стен ки.

2.На всех участках регенеративного

тракта величина Тст.охл не должна превы шать допустимую для данного охладителя

температуру, а величина Тст.г не должна превышать допустимый для данного конст рукционного материала предел по жаро стойкости. Кроме того, характер распреде ления температуры стенки должен быть

скольких вариантов типовых элементов лег ко достигается необходимое распределение топливных компонентов, при эксперимен тальной отработке камеры можно оператив но вносить целенаправленные изменения в схему смесеобразования, на стадии серийно го производства легко организовать массо вый выпуск единообразных элементов с на дежным контролем величины и стабильно сти характеристик.

Для форсунок характерны высокие зна чения суммарного расхода, который для га зожидкостных форсунок достигает 3 кг/с и более Располагаемая площадь используется для размещения форсунок в максимальной степени Шаг расположения форсунок опре деляет масштаб смешения, от которого зави сит длина участка у камеры от внутреннего днища до критического сечения: в зависимо сти от типа форсунок ее принимают равной 10…30 шагам. Для СГ схемы «жидкость–жид кость» применяют форсунки струйного и центробежного типов, а также их различные комбинации. Используются двух и одно компонентные форсунки. Первые, из кото рых располагают по концентрическим ок ружностям (рис. 7.1.23), а вторые — по шах матной или сотовой схемам с переходом на периферии к окружности (рис. 7.1.24). Та ким путем достигается распределение топ ливной массы по поперечному сечению КС с определенным соотношением компонен тов — для полного сгорания топлива в ми нимальных размерах КС, без опасных для конструкции колебаний параметров рабоче го процесса.

Качество смешения топлива регулиру ется разностью скоростей и плотностей струй, их турбулентностью и взаимной на правленностью, углом распыла, величиной заглубления места первоначального контак та горючего и окислителя относительно вы

торца форсунки, а также проницае СГ (этот параметр, определяемый отношение площадей газовых каналов и поперечного сечения КС, составляет 0,15… …0,40 и зависит от вида топлива, размерно сти камеры и типа форсунок). Влияние ка чества смешения на характеристики каме ры, как правило, противоречиво: улучшение смешения способствует повышению Iу, но часто снижает устойчивость рабочего про цесса. Компромисс достигается выбором сравнительно малого масштаба смешения,

обеспечивающего выравнивание поля соот ношения компонентов к критическому се чению, в сочетании с растягиванием зоны горения на начальном участке. Последнее осуществляют сочетанием струйного распы ла с центробежным, неравномерным рас пределением расхода в одноименных фор сунках.

Эффективным способом достижения вы сокочастотной устойчивости является установ ка на внутреннем днище антипульсационных перегородок — высотой 25…60 мм, неохлаж даемых, охлаждаемых или выполненных из выступающих форсунок (см. рис. 7.1.22). При меняют также акустические поглотители, ис пользуя для них объемы и каналы газовых компонентов, создавая специальные полости в начале КС.

Внутренние днища подвержены нагреву вследствие интенсивных обратных токов, и необходимо принимать меры по их ослабле нию, отдалению от днищ и обогащению го рючим. В этих целях горючее (или восстано вительный газ) может подаваться по наруж ному обводу форсунки, а окислитель — по центру; подают также часть горючего (1,5…10 % от расхода через СГ) между основ ными форсунками. Для интенсификации ох лаждения устанавливают дефлекторы, повы шающие скорость компонента, омывающего днище.

В отечественной технике применяется конструкция корпуса со связанными оболоч ками: внутренняя стенка и наружная силовая стенка прочно соединены паяными швами через промежуточную гофрированную стенку (проставку) либо через ребра, выфрезерован ные на внутренней стенке. Полученные та ким образом каналы образуют тракт регене ративного охлаждения. Для достижения не обходимой скорости охладителя каналы вы полняют с переменными шириной и высотой по длине камеры (не менее 1,5 мм — во избе жание заплавления каналов при изготовле нии камеры). При этом ограничении ско рость охладителя повышают за счет наклон ного (спирального) оребрения. Теплопереда чу интенсифицируют также нанесением ис кусственной шероховатости по дну каналов (рис. 7.1.25). Для снижения тепловых потоков на внутреннюю стенку наносят теплозащит ные керамические или металлические покры тия (например, диоксид циркония или ни кель, молочный хром).

Как правило, регенеративное охлаждение дополняют завесным: у внутренней стенки создается менее горячий защитный слой жид кости или газа. Завеса поглощает теплоту при испарении, а пар, кроме того, увеличивает толщину пограничного слоя, снижая теплопе редачу в Обычно завеса создается при помощи периферийных форсунок СГ, обра зующих у топливную смесь, обогащен ную горючим. Для выравнивания температуры

по периметру пристеночного слоя периферий ные форсунки желательно устанавливать с меньшим шагом, чем основные. (Однако не обходимо иметь в виду, что уменьшение мас штаба смешения у стенки, где отражается вол на при поперечных акустических колебаниях, может вызвать неустойчивую работу камеры). В особо напряженных КС дополнительно по дают на стенку — через предусмотренные в докритической части пояса завесы — горючее