Материал: Шевелюк, М. И. Теоретические основы проектирования жидкостных ракетных двигателей учебное пособие для высших учебных заведений

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

272	Гл. 6. Рабочие процессы в камерах ЖРД

Оказывается, что состав продуктов сгорания топлива в выходном сечении сопла камеры двигателя нами найден без существенных погрешностей.

Из табл. 6.7 видно, что из числа газов, pj которых нами приняты равными нулю, наибольшее р; имеет газ ОН, поэтому определим его значение в выход ном сечении сопла:

/’HgO		0,370	ата.
/’он — ^рз	0,625-10-5	/___ _ =0,00001
	/0,062
Полученное pi газа	ОН показывает, что	вычисленный нами состав про

дуктов сгорания на выходе из сопла в первом приближении достаточно точен.

Результаты расчетов сводим в табл. 6.7, данные.

				_
Газ	Pi ата			1моль
Газ	Pi ата		5	акл
			5
n2	0,139	28	3,89	10,89	1,52
СО2	0,184	44	8,10 —76,42 -14,02
со	0,110	28	3,08	-15,41	-1,70
Н2О	0,370	18	6,65	—43,97	—16,25
Н2	0,062	2	0,12	10,27	0,64
Сумма	0,865	—	21,74	—	29,81

в которой помещаем и				другие
			Таблица 6. 7
моль	sipi		л 1g Pi	‘</£S’ •W3]
5, кал!	sipi	5	4.57
		5

58,84 8,18 —0,857 -0,55 8,73

71,58 13,17 -0,735 -0,62 13,79

60,50 6,66 —0,958 —0,49 7,15

61,29 22,68 —0,432 -0,73 23,41

43,70 2,71 —0,207 —0,34 3,05

— — . — — 56,13

4. Проверяем расчет, используя для этого уравнение материального

баланса:
	12			12
Ст = -^------ (/’со, +/’со) = +7+1(0,184 + °»110) = °.162 вместо 0,161;
LviPi			'	21,/4
.1	-	(2рц2о + 2рНг) = ^р^(2-0,370 + 2-0,062) =0,039 вместо 0,040;
Нт= v'~	-
от = 2			. (2Гсо2	+/’со +/’н2о) — 21 74С2'0’1**4 + 0,110 + 0,370) —
				= 0,623 вместо 0,622;
			14	14
		NT = -vi-------=——-2-0,139 = 0,179 вместо 0,177.
			2 \ЧР1	21,74

Эта проверка показывает, что в определении pi существенных погреш ностей нет.

§ 11. Температура и состав прод. сгорания в выход, сечении сопла

273

5. Определяем другие теоретические параметры продуктов сгорания топ лива в выходном сечении сопла камеры двигателя:

а) энергосодержание

	/в =		i		—, о 1		ккал!кг-,
	/в =		-------=		------------- = — 1370		ккал!кг-,
			Iv-iPi		21,74
б)	молекулярный вес
		Рв = — S НА-				= 21,74 = 25,12;
			Рв	i	0,865
в)	газовая постоянная
			848		848
		#в = — = ЙГА =33,8 кгм/кг °C;
			\|-ia		ZO.1Z
г)	энтропия
	SB =	1				56,13
	SB =	-------(SiPl — 4,57Pi ]gpt) = —— = 2,597 ккал/кг °C.
	2 У-iPi					21,74
	i
6.	Аналогично	приводим			вычисления при температурах газов 1600 и
1800° К и полученные результаты сводим в табл. 6. 8.									Таблица 6.8
									Таблица 6.8
	Тв		т		ккал/кг °C					Rb
	°к	ккал/кг			ккал/кг °C				кгм/кг °C
	1600	—1440				2,532	25,32			33,5
	1700	—1370				2,582	25,12			33,7
	1800	—1312				2,640	24,9			34,1
7. Строим графики зависимости 1в, SB и [лв от выбранных значений темпе-
ратуры (фиг. 6. 27) и			при	помощи		его находим	при	ок = 2,597 ккал!кг°С
следующие теоретические				значения		параметров	газа	в	выходном	сечении
сопла	камеры двигателя:
Тв = 1730° К,		/в = — 1355 ккал)кг, ;лв = 25,05 и /?в = 33,9 кгм/кг °C.
8. Вычисляем другие теоретические параметры газа								в	выходном	сечении
сопла:
а)	удельный вес
			Рв		0,9-104		к-г/лгЗ;
		7В = -2-?—			= —-------- =0,1535		к-г/лгЗ;
		,в	R&Tb		33,9-1730		'	’

б) скорость истечения

Wb = 91,53 /7К — Тв = 91,53 /—677 — (— 1355) = 2380 .и/сек;

18 371

274	Гл. 6. Рабочие процессы в камерах ЖРД

	Фиг. 6.27. Графики		зависимости 7В, SB и цв
		от Тк (см. пример 4).
в) удельное выходное сечение сопла
/уд.в —	1	---------------- = 26,4* 10—4		м21кг = 26,4 см21кг.
	Тв^’в
		0,1535-2380	’	1.1

§12. Определение действительных параметров

ихарактеристик ЖРД

Термодинамическим расчетом ЖРД обычно определяют теоре тические параметры и характеристики двигателя при условии:

1)полного физического сгорания используемого топлива в ка мере сгорания двигателя до химически и энергетически равновес ного состава образующихся газов;

2)химического и энергетического равновесия при истечении газов из камеры через сопло в окружающую среду;

3)наличия в камере сгорания только одной побочной потери энергии топлива вследствие диссоциации газов, учитываемой непо средственно при определении теоретической температуры в камере сгорания;

4)отсутствия отдачи тепла этими газами в окружающую среду

через поверхности камеры двигателя;

5)одинакового химического состава и одинаковых термодина

мических параметров газового потока в любом поперечном сечении сопла, начиная от камеры сгорания до выходного сечения сопла;

6)полностью соосного газового потока на выходе из сопла;

7)потери энергии топлива с уходящими газами согласно второ му закону термодинамики, учитываемой термическим к. п. д. двига теля (при адиабатическом истечении).

Вычисленные при этом теоретические значения температуры

газов в камере сгорания и в выходном сечении сопла, скорость исте

§ 12. Определение действительных параметров и характеристик ЖРД 275

чения и удельная тяга ЖРД оказываются завышенными относи

тельно их реальных значений, получаемых при испытаниях двига

теля на стенде.

Вреальных условиях работы двигателя имеют место:

1)некоторая физическая неполнота сгорания топлива вследствие несовершенства перемешивания компонентов топлива и ограничен ного времени пребывания их в камере сгорания для уменьшения

ееобъема и веса, что приводит к недобору рабочего давления газов в камере сгорания относительно его расчетного теоретического зна чения;

2)термическое сопротивление камеры сгорания газовому пото ку вследствие нагревания его по мере выгорания топлива, что так же приводит к некоторому понижению давления газового потока по длине камеры сгорания (в существующих конструкциях двига телей эта потеря давления в конце камеры сгорания не превышает 0,4—1 % от давления газов у головки камеры);

3)некоторая потеря энергии газов в сопле двигателя вслед ствие неполного догорания топлива, неравномерности истечения

(недостаточной рекомбинации и релаксации молекул газов), трения

молекул газов друг о друга и о поверхность сопла и несоосности линий токов газов на выходе из сопла;

4)отдача тепла от газов в окружающую среду через поверх ность оболочки камеры двигателя, величина которой в существую

щих конструкциях ЖРД незначительна (не превышает 0,5—1% от теплотворности топлива) и поэтому при расчетах часто не учи

тывается.

Уровень достигнутых знаний пока не позволяет вести расчет

истечения с учетом всех этих усложняющих явлений, а следова

тельно, точно определить скорость истечения и пропорциональную ей удельную тягу.

Так как явления, сопровождающие процесс преобразования в сопле тепловой энергии в кинетическую, протекают в основном с выделением тепла, то формально можно считать, что истечение представляет собой политропический процесс с переменным пока зателем по длине сопла. При этом количественное влияние всех факторов на процесс расширения газов в сопле камеры дви

гателя можно характеризовать одним параметром — показателем


политропы п, величина которого по	длине	сопла		переменна и
может быть приближенно оценена на основании данных					экспери
ментов. На фиг. 6. 28 показана зависимость Д, от п				для	разных
pJpK.			влияния		перечис
Так как количественный теоретический учет
ленных выше факторов на рабочие	процессы	в	камере		сгорания

ив сопле в настоящее время невозможен, то расчеты проектиру емых ЖРД приходится производить по теоретическим параметрам

ихарактеристикам двигателя с привлечением соответствующих экспериментальных коэффициентов.

18*

276	Гл. 6. Рабочие процессы в камерах ЖРД
С учетом	изложенного зависимость действительной удельной

тяги двигателя РуЛ от теоретической РГЛ.Т, вычисленной при термо динамическом расчете двигателя, выразится равенством

^Уд=-?Л.т.	(6.70)
где срул = Руд/Рулт=Щркср/кссс?» 0,90->-0,98 —коэффициент	полноты
удельной тяги камеры реального ЖРД, учитывающий	потерю

удельной тяги относительно ее теоретического значения РуЛУ

вследствие несовершенства рабочего процесса в двигателе; (этот

Фиг. 6.28. Зависимость безраз		Фиг. 6. 29. Изменение коэф
мерной	площади сопла двига	фициента		теплового сопро
теля от перепада в нем давле		тивления		камеры сгорания
ния и	показателя политропы	<?	от	ее безразмерной
' расширения газов.		к	площади /к.

коэффициент не учитывает потерю Руд вследствие неоптимального

мере сгорания, учитывающий уменьшение удельной тяги камеры двигателя относительно ее теоретического значения вследствие не добора в ней давления газов из-за частичной физической неполноты сгорания топлива;

— коэффициент учета термического сопротивления камеры сгорания, т. е. уменьшения удельной тяги камеры двигателя отно сительно ее теоретического значения вследствие снижения по дли

не камеры сгорания давления газов в результате их скоростного разгона при разогреве, который при fs=FK/FKp>5 можно принимать

равным единице, а при /ф=2-н4 он равен 0,96—0,99 (фиг. 6.29); <р0 — коэффициент полноты скорости истечения газов из сопла

камеры, учитывающий уменьшение удельной тяги камеры двигате

ля относительно ее теоретического значения вследствие потерь энергии газов при истечении; значение его колеблется в пределах:

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/124647

Смотрите также:

«Характеристика объектов коммерческой деятельности в торговле»
05_линейная регрессия
1253
1310
1846
2448
2448
25.05.20 г. Расчёт срока окупаемости
3_Pravookhranitelnye_organy_otveta_na_65_vopro
3244