рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Течение газа в соплах

Течение газа в соплах - раздел Политика, Курс лекций по направлениям двигательные установки летательных аппаратов дула Сопло Является Трансформатором Энергии В Ракетном Двигателе И Его Назначение ...

Сопло является трансформатором энергии в ракетном двигателе и его назначение - получение наибольшего значения скорости истечения рабочего тела, существенно превышающего значение скорости звука. Это возможно при использовании сопла особой конфигурации, отличной от насадки схемы рис 5.2.

Рассмотрим адиабатическое течение газа в канале переменного сечения. Независимыми переменными в данной системе пусть будут ρ и S. Уравнение состояния имеет вид: (а)
для изоэнтропического течения и (б) Скорость распространения звука в газах тогда . С учетом (а) и (б) получим:

,

где – число Маха, отношение местной скорости газа к местной скорости звука в нем, мера сжимаемости газа.

Пусть движение газа происходит с возрастанием скорости и М<1 (дозвуковое течение). Тогда и имеют разные знаки, разгон потока происходит при уменьшении площади канала по осевой координате. При сверхзвуковом течении ( ) увеличение скорости происходит при , т.е. канал должен расширяться. Физически это означает, что плотность газа упала настолько, что постоянный расход газа сохраняется при одновременном увеличении скорости потока и площади канала.

Для достижения сверхзвуковой скорости изменение площади канала по осевой координате должно меняться следующим образом. При выходе из ресивера сечение канала должно уменьшаться до места достижения скорости звука ( ), здесь канал имеет минимальное сечение ( ), дальнейшее увеличение скорости газа при возможно только при увеличении площади поперечного сечения канала. Сопло для получения сверхзвуковой скорости с таким изменением площади поперечного сечения вдоль оси предложил шведский инженер Лаваль в 1908 году. Из (5.3) следует, что скорость истечения не зависит от значения давления в ресивере и от разности давлений в ресивере и окружающей среде, а определяется температурой и отношением давлений в ресивере и на срезе сопла. Но даже при истечении в вакуум скорость истечения имеет конечное значение

 

являющееся теоретическим пределом.

При достижении потоком скорости звука наступает кризис течения, это происходит в минимальном сечении сопла и параметры газа в нем имеют критические значения – . Скорость звука переменна по длине сопла.

Умножим (5.3) на , с учетом уравнения Майера получим:

, (6.1)
т.е. при адиабатическом течении сумма постоянна и равна скорости звука в заторможенном газе, величина есть характеристика торможения.

В минимальном сечении , из (6.1) получим:

,

тогда температура газа в минимальном сечении сопла

.

В адиабатическом процессе , отсюда давление в минимальном сечении

.

В практических расчетах параметров изоэнтропического одномерного течения газа в соплах используют газодинамические функции - безразмерные функции некоторых аргументов, определяемые отношениями параметров в i-м сечении сопла к значениям этих же параметров для заторможенного газа в этом же сечении сопла.

В качестве аргумента используют приведенную скорость – отношение скорости газа в i-м сечении сопла к критической скорости

,

.

Значение изменяется от в ресивере (корпусе двигателя, камере сгорания) до предельного при истечении в вакуум .

Связь между приведенной скоростью и числом Маха:

,

В практике расчетов используют таблицы, в которых приведены значения функций, что позволяет вычислить параметры потока в любом сечении сопла при известных параметрах заторможенного газа и относительном диаметре канала (сопла). В качестве примера на рис.6.1 показано распределение параметров газового потока по тракту двигателя, рассчитанного с помощью газодинамических функций.

На практике, при проектировании ракетных двигателей условно считают, что критическое и минимальное сечение сопла совпадают.

Исследование течений в соплах для профилирования их и расчетов параметров тепломассообмена проводят на основе модели невязкого и нетеплопроводного газа. Движение такого газа описывают уравнения Эйлера и для случая осесимметричного стационарного течения при отсутствии массовых сил они имеют вид:

 

(6.2)

Здесь добавлены уравнения неразрывности и сохранения энтальпии H движущегося газа, ось направлена по оси симметрии двигателя (рис. 6.1). В механике жидкости и газа существует направление - вычисление параметров двухфазных (продукты сгорания металлизированных топлив) течений в соплах РД.

 

 

Уравнения (6.2) есть система квазилинейных (линейных относительно производных) уравнений. В зависимости от скорости потока система может быть эллиптического типа ( ), параболического ( ) или гипербо-лического типа ( ).

 

6.2. Профилирование камеры жидкостного ракетного двигателя

6.2.1. Определение размеров камеры сгорания

Одним из факторов, определяющим полноту сгорания топлива и тем самым влияющим на совершенство камеры сгорания, является время, которое может быть отведено для протекания химических реакций горения. Оно определяется скоростью газа в камере сгорания, используемым для процессов горения объемом камеры сгорания Vк , а также давлением и температурой.

В настоящее время нет способа расчета объема камеры сгорания, учитывающего действительно происходящие в ней физико-химические процессы, поэтому объем камеры сгорания, необходимый для полного сгорания топлива, определяют с использованием экспериментальных данных.

На рис. 6.2 показан график изменения удельного объема продуктов сгорания по времени от начального удельного объема жидкого топлива T до удельного объема продуктов сгорания к по окончании процесса горения.

 

Предположим, что до некоторого времени запаздывания tзап реакции горения не происходят, а во время tзап процесс горения протекает мгновенно. При этом, исходя из графика, средний удельный объем продуктов сгорания ср в момент времени tзап будет равен ср=0.5 к. Средний удельный объем позволяет найти истинное время пребывания топлива и его продуктов сгорания в камере сгорания:

, (6.3)

где – условное время пребывания.

(6.4)

Отсюда можно получить

. (6.5)

Обработка экспериментальных данных для различных топлив (двигателей) показала, что

 

Определив из термодинамического расчета

(6.7)

можно рассчитать объем камеры сгорания .

 

С другой стороны

 

Тогда из (6.5) следует

(6.8)

Преобразуем (6.8)

, (6.9)
где - приведенная длина камеры сгорания.

Тогда для объема камеры сгорания получим выражение

. (6.10)

Обработка экспериментальных данных для различных топлив (двигателей) показала, что:

- для топлив HN03 + НДМГ, N204 + НДМГ, 0 + керосин – lприв = (1,0÷1,5)м;
- для топлива О + Н - lприв = (0,5 ÷1,0) м.

Определим размеры камеры сгорания. Для цилиндрической камеры сгорания

(6.11)
где

Тогда,

(6.12)

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Курс лекций по направлениям двигательные установки летательных аппаратов дула

Гоу впо мгту им н э баумана.. в е медведев а г минашин с д панин б б петрикевич..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Течение газа в соплах

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Краткий исторический экскурс
Человечество впервые увидело реактивное движение на примере каракатицы – живого существа, передвигающего отбрасыванием воды и сокращением мышц внутри организма. Порох, состоящий из смеси с

Тяга ракетного двигателя
Энтальпию продуктов сгорания в камере сгорания в кинетическую энергию струи можно преобразовать различными способами: подводом теплоты и массы по тракту постоянной геометрии, ускорением в сужающихс

Удельные параметры ракетного двигателя
Абсолютная величина тяги РД никак не характеризует степень совершенства РД. Для ЖРД качественным показателем является удельный импульс тяги (удельный импульс) - величина импульса тяги двигателя с е

Расходный комплекс камеры
Задается соотношением . Размерность: в СИ β [м/с], в ТСЕ β[сек]. Характеризует удельный импульс, создаваемый только камерой сгорания (корпусом двигателя) без со

Коэффициент тяги
Задается соотношением . Коэффициент тяги показывает увеличение тяги двигателя вследствие наличия сопла. Иногда КТ называют безразмерной тягой. Теоретическое значение

Геометрическая степень расширения сопла
Эта величина не только определяет размеры сопла, но и характеризует основные параметры работы сопла: (или скорость ). Связь между основными параметрами определяется известными из газовой динамики с

Оценка эффективности ракетного двигателя
Очевидно, что эффективность РД можно оценивать только с позиций ЛА, т.е. критерии качества РД должны вытекать из целей ЛА как объекта высшего уровня иерархии. Из курса ОУЛА известно, что критерием

Топлива ракетных двигателей
Под топливом РД будем понимать вещество или совокупность веществ, способных к химическим реакциям с выделением энергии и к образованию высокотемпературных продуктов для создания тяги. Таких веществ

Жидкие ракетные топлива
По назначению жидкие ракетные топлива (ЖРТ) подразделяют на основные, пусковые и вспомогательные. Основные предназначены для создания тяги маршевых двигателей, т. е. разгона полезной нагрузки, а та

Коэффициент избытка окислителя
Рассмотрим соотношение компонентов в двухкомпонентном топливе. Горючее содержит преимущественно элементы с электроположительной валентностью (С, Н, AI, В и др.), а окислитель - с электроотрицательн

Твердые ракетные топлива
К твердым топливам, являющимися источниками энергии на борту ракеты и рабочего тела двигателей, предъявляют ряд требований, схожих с требованиями к жидким топливам. Ясно, что нужны рецептуры с наиб

ЛЕКЦИЯ 4
Продукты сгорания твердого топлива оказывают воздействие на материалы тракта и для массового совершенства тепловой защиты ДУ необходимо выбирать или создавать рецептуры с меньшим значением величины

Гибридные топлива
Гибридным называют топливо, в котором один компонент перед запуском двигателя находится в твердом виде, а другой - в жидком. Твердый компонент размещен в корпусе двигателя (аналогия с РДТТ), жидкий

Горение жидких топлив
С момента впрыска в камеру до полного преобразования в конечные продукты сгорания компоненты проходят путь сложных превращений. Рабочий процесс в камере должен обеспечить максимальную полноту сгора

Горение твердых топлив
Горение твердых топлив есть последовательность процессов в соответствии со схемой рис. 4.3. После прогрева поверхностного слоя баллиститного топлива устройством запуска ДУ происходит газификация то

Горение гибридных топлив
Горение происходит по поверхности твердого компонента, капли жидкого компонента движутся вместе с продуктами сгорания как жидкогазовая смесь, продукты испарения жидкости диффундируют к поверхности

Термодинамические расчеты состава и параметров рабочего тела
Моделирование рабочих процессов в РД начинает с расчета равновесного состава продуктов сгорания и значений термодинамических параметров ( и др.). Кроме того, необходимо знать переносные св

Термогазодинамика потока рабочего тела
Перейдем к термогазодинамике потоков – определению параметров движущегося рабочего тела. Рассмотрим наиболее простую модель движения газа: одномерное установившееся адиабатическое (изоэнтропическое

Профилирование сопла
В сопле камеры двигателя происходит расширение и разгон продуктов сгорания (рабочего тела), т.е. преобразование тепловой энергии, получаемой в камере сгорания, в кинетическую энергию движения газов

Потери удельного импульса в ракетных двигателях (в камере ЖРД и РДТТ)
Отличие параметров продуктов сгорания (рабочего тела) при действительном рабочем процессе в камере ЖРД, корпусе и СБ РДТТ (горение, расширение) от параметров идеального рабочего процесса учитываетс

Потери удельного импульса в сопле
Коэффициент потерь удельного импульса в сопле РД представляется в виде:   где - составляющие потерь в сопле. Представление аддитивной суммой не совсем корректно ввид

Конвективный теплообмен
Перенос в движущейся среде любой субстанции (массы, импульса, теплоты) происходит как молекулярным хаотическим движением, так и конвективным (макроскопическим) движением молей газа или жидкости. Ко

Двигателя твердого топлива
Газовая фаза продуктов сгорания топлив содержит кислородосодержащие компоненты ( и др.), которые через пограничный слой подходят к нагретой поверхности материалов тракта сопла и окисляют их. Возник

Радиационный теплообмен в ракетных двигателях
В высокотемпературных продуктах сгорания топлив ракетных двигателей происходят процессы переноса энергии в форме излучения - атомно-молекулярного перехода части внутренней энергии вещества в поток

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги