ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Турбулентная струя из "Горение и массообмен" Типичная конструкция ЖРД. На рис. 8.1 показаны основные элементы конструкции ЖРД, а именно форсуночная головка, обеспечивающая подачу горючего и окислителя цилиндрическая камера сгорания сопло Лаваля охлаждающая рубащка, в которой горючее используется в качестве охладителя. Целью конструктора является обеспечение полного перемешивания и сжигания компонентов (т. е. горючего и о(кислителя) до их поступления в сопло. [c.94] Топливные компоненты. Применяются три типа топливных систем. [c.94] Жидкость — жидкость, например керосин и жидкий кислород жидкий водород и жидкий кислород анилин и азотная кислота гидразингидрат и перекись водорода. Это — наиболее употребительные компоненты. [c.94] Одна жидкость (унитарное топливо), например перекись водорода (и катализатор), нитрометан. Эти топлива редко используются ввиду низкО Го содержания энергии (удельного импульса) или склонности к взрыву гари хранении. Однако их простота постоянно привлекает внимание. [c.94] Жидкость — газ, например керосин и продукты разложения Н2О2 газообразный водород и жидкий кислород. [c.94] Термодинамика. В условиях высоких давлений и температур, типичных для большинства ракетных двигателей, равновесные продукты сгорания, например Нг и Ог, содержат помимо НдО и На, Ог, О, Н, ОН, причем в значительных количествах. Термодинамика позволяет вычислить составы и температуры газов, так что можно определить максимально возможную производительность (тягу) двигателя. Такой максимум достигается, когда равновесие поддерживается всюду. Максимум принимается за исходную величину, по сравнению с которой оценивают действительную производительность, а также правильность выбора компонентов ракетных топлив для получения наивысшей производительности. [c.95] Теория одномерного течения сжимаемого газа позволяет рассчитать течение. в сопле и, таким образом, тягу двигателя (при условиях постоянства состава газа, его идеальности и отсутствия трения). Эта величина обычно немного меньше, чем та, которая получается в предположении, что газы находятся в термодинамическом равновесии во всем объеме сопла. Если в сопле происходит сильное понижение давления, то равновесный состав газа может изменяться вдоль сопла. Действительный состав будет изменяться с некоторым запаздыванием, так как химические реакции реком бииации протекают с конечной скоростью. [c.95] Химическая кинетика. Эта наука позволяет определить скорость изменения состава. Типичной является реакция Н+ОН = = НгО при уменьшении давления и температуры вдоль оси сопла. Ввиду больших значений давления и температуры в камере сго-ра1ния ракетного двигателя скорости реакций достаточно высоки, поэтому состав газов является почти равновесным в любой точке. Процесс горения определяется не химическими, а физическими факторами. [c.95] Описание модели (рис. 8.4). Рассматриваемые переменные величины. Указанный рисунок схематично показывает камеру сгорания, которая характеризуется следующими величинами независимой переменной х — расстоянием от форсуночной головки по оси камеры сгорания (т. е. рассматривается одномерная и стационарная модель) и зависимыми при заданном значении х радиусом капли г (одинаковым для всех капель), скоростью капли V (одинаковой для всех капель), скоростью газа и (одинаковой по всему сечению потока). Отметим, что ради простоты оба компо1нента ракетного топлива считаются идентичными по характеристикам испарения. Конечно, можно также рассмотреть и общий случай, однако это отвлечет нас от поставленной цели. [c.96] Величины, не зависяш,ие от х. Предполагаются постоянными температура и состав газа (т. е. считается, что выгорание пара происходит быстро) давление газа (т. е. число М и коэффициент трения принимаются малыми в камере сгорания) темперапура капли (капли поступают в камеру при равновесной температуре— температуре смоченного термометра). [c.96] Определяющие процессы. Предполагается, что на скорость горения влияют только испарение, определяемое теплопроводностью и диффузией (см. гл. 7), движение капель, определяемое инерцией и законом Стокса, скорость газа, определяемая законом сохранения массы. [c.96] Здесь следует отметить, что функция f имеет вид, показанный на рис. 8.5. Если же число Рейнольдса относительного движения капли и газа превышает 10, то множитель правой части формулы (8.3.8) несколько увеличится. [c.97] Безразмерная форма уравнений. Постановка задачи. В целях отделения существенных факторов от неоущественных уменьшим число переменных величин.. Воспользуемся также безразмерными переменными, чтобы сократить число выкладок. [c.98] Примечание. Существует некоторая трудность в интерпретации новых переменных в терминах физических величин. Перевес преимуществ над недостатка ги, получающимися при введении новых переменных, зависит от конкретных обстоятельств. [c.98] Новые переменные. Используются следующие обозначения. [c.98] Отметим, что 5 характеризует свойства топлива и не зависит от X, Оо, Го и О. [c.98] Этих двух граничных условий вполне достаточно, поскольку необходимо решить систему двух дифференциальных уравнений первого порядка. [c.99] Последнее выражение идентично по смыслу формуле (8.3.2), полученной из приближенного анализа.. [c.100] Графическое представление формул. Рис. 8.8 демонстрирует некоторые из основных свойств решений. [c.101] Вернуться к основной статье