Расчет топлива по составу компонент. Термодинамический расчет.

УДК 621.454.2

Инв. № ____

МИНИСТЕРСТВО ОБРВЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный аэрокосмический университет

им. Н. Е. Жуковского

«Харьковский авиационный институт»

Кафедра ракетных двигателей

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к домашнему заданию по курсу «Конструкция и проектирование агрегатов жидкостных ракетных двигателей»

ХАИ.441.10.ЖРД.03.ПЗ.00.00

Выполнила

студентка гр.440

Каторгина Ю. Г.

Консультант

Завистовский Д. И.

Харьков

2010

Содержание

Реферат. 3

Перечень условных обозначений. 4

Введение. 5

Задание. 6

1      Расчет топлива по составу компонент. 7

2      Термодинамический расчет. 8

3      Построение газодинамического профиля камеры.. 10

4      Расчет форсунок. 13

5      Расчет проточного охлаждения. 19

Выводы.. 30

Перечень ссылок. 31

Реферат

Страниц — 31, таблиц — 1, рисунков — 6.

Объектом разработки данного домашнего задания является камера и сопло жидкостного ракетного двигателя (ЖРД).

Цель работы – спроектировать камеру ЖРД, произвести термодинамический расчет, построить профиль камеры, рассчитать форсунки и проточное охлаждение. В процессе разработки использовались рекомендованные методики каф. 401.

Перечень условных обозначений

T - температура, К;

P - Давление, МПа;

 - молекулярная масса, кг/моль;

β - расходный комплекс, м/с;

W - скорость истечения, м/c;

I - удельный импульс м/c;

dвых/dкр - отношение диаметра выходного сечения сопла к критическому;

Cp - теплоемкость продуктов сгорания, Дж/(кг*К);

N - номер участка;

q_кон - конвективный тепловой поток, Вт/м²;

q_луч - лучистый тепло поток, Вт/м²;

q_сум - суммарный тепло поток, Вт/м²;

F - площадь участка, м²;

t - толщина ребра (гофра), мм;

n - количество ребер (гофров);

L - длина участка вдоль оси камеры, м;

d_уч средний диаметр участка;

F_ж - площадь живого сечения охлаждающего тракта, м²;

d_э - эквивалентный диаметр поперечного сечения канала, мм;

T_{ж_ст} - температура жидкой стенки, К;

T_{г_ст} - температура газовой стенки, К;

T_сред - средняя температура стенки, К;

λ - теплопроводность стенки Вт/(м*К);

Введение

Современная двигательная установка с ЖРД представляет собой сложную систему, работа узлов и агрегатов которой взаимосвязана. Поэтому проектирование того или иного агрегата нельзя вести изолировано, без учета конструкции и работы остальных элементов установки.

Большинство камер ЖРД имеет регенеративное охлаждение, при котором осуществляется проток охладителя по охлаждающему тракту, образованному внутренней и наружной стенками камеры сгорания и сопла. С повышением давления в камере и повышением энергетических характеристик двигателя для обеспечения надежной теплозащиты стенок камеры требуется интенсификация наружного проточного охлаждения. Кроме того, при интенсивном наружном охлаждении требуется, чтобы внутренняя стенка была достаточно тонкой и изготовлена из теплопроводных материалов, например, из медных сплавов. Вследствие чего очень сложно обеспечить высокую прочность конструкции при тонкой стенке из теплопроводных, как правило, мало прочных материалов.

Поэтому наиболее сложным этапом создания камеры является проектирование и разработка конструкции охлаждающего тракта, который имеет множество различных форм и силовых связей. Заметим, что от конструкции охлаждающего тракта зависит облик всей конструкции камеры, ее прочность, надежность охлаждения и массовые характеристики.

Задание

Произвести расчет топлива, термодинамический расчет, построить профиль камеры, расчет форсунок и проточного охлаждения.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

1.Топливо:                                                    НNO₃ + C_7,21H_13,29

2.Тяга двигателя:                                        150кН.

3.Давление в камере:                                  7,5МПа.

4.Давление на срезе сопла:                         0,1МПа.

1  Расчет топлива по составу компонент

Вначале определяются массовые составы окислителя и горючего, их стехиометрическое соотношение, а затем массовый состав топлива в целом.

В данном случае топливные компоненты задаем условными химическими формулами, следовательно, массовые доли составляющих веществ определяем следующим образом:

где  - атомная масса i-го элемента (А_с=12; А_Н=1; А_N=14; А_О=16);

z_i - число атомов i-го элемента;

 - молекулярная масса к-го вещества смеси.

Основные характеристики компонентов топлива приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Характеристики компонентов топлива

Компонент	Химическая формула	, кг/кмоль
Керосин	С7.21Н13.29	100
Азотная кислота	HNO3	63

1.1  Определение массовой доли элементов

Подставляя в формулу (1.1) соответствующие значения, получим:

ü  для окислителя (HNO₃):

,      ,      ,

ü  для горючего (керосин: С_7.21Н_13.29):

,         ,

\

2  Термодинамический расчет

Расчет коэффициента избытка окислителя проводим с помощью программы TDK. Интервал изменения 0.99-1.01 с шагом 0.001. Выбираем коэффициент избытка окислителя при максимальном удельном импульсе в пустоте. Результаты расчета приведены ниже.

18.Коэффициент избытка окислителя               .97000