Расчет топлива по составу компонент. Термодинамический расчет., страница 5

Теплопроводность этих материалов уменьшается в следующем порядке: медные сплавы, алюминиевые, никелевые сплавы, стали, титановые сплавы.

Толщина стенок огневой оболочки при заданном материале определяется следующими условиями обеспечения:

-  минимальной массы двигателя (ограничивается максимальная толщина стопки),

-  технологичности (ограничивается минимальная толщина стенки);

-  прочности и способности передачи через нее заданного удельного теплового потока (условия взаимосвязаны и зависят от давления в камере).

При проектировании системы охлаждения ЖРД сначала определяют конструкцию охлаждающего тракта, способ охлаждения и основные размеры тракта, а затем расчетным путем проверяют, обеспечивается ли при этом охлаждение стенок двигателя.

Разбиваем камеру и сопло по длине на 10 участков и на каждом участке конус условно заменяем на цилиндр (рис. 5.1).

Рисунок 5.1. Разбиение на участки

Внутреннюю стенку выполняем из стали Х18Н9Т толщиной h’=0,75 мм. В качестве охладителя применяем горючее керосин. Задав максимальную скорость охлаждения W_max=60 м/с, определяем площадь охладительного тракта:

                                           (5.1)

где ρ=800 кг/м³ – плотность горючего.

м²                                   

Высоту охладительного тракта определяем из квадратного уравнения:

                                 (5.2)

где r – радиус критического сечения камеры,

h – высота охладительного тракта.

h=2,045 мм.

Применяем на участках 3, 4, 5, 6, 7 ребра (лучшие прочностные характеристики), а на участках 1, 2, 8, 9, 10 гофры (лучшие массовые характеристики).

Примем толщину ребер 1 мм, а шаг ребер в критическом сечении (5) t5=2 мм. Тогда количество ребер будет n_ребер= l_окр5/t5=179.73. Округлив значение до ближайшего целого кратного 4, получим новое значение количества ребер на 5 участке – n_ребер =176 и новое значение шага – 2,042 мм. Не меняя количество ребер на участках 3, 4, 6, 7 определим шаг на этих участках: t3=2,615 мм, t4=2,203 мм, t6=2,566 мм, t7=3,345 мм.

Шаг гофр на участке 2 примем t2=2 мм, тогда количество гофр n_гофр= =l_окр2/t2=334,9. Округлив до ближайшего меньшего целого n_гофр=334, переопределим шаг t2=2,007 мм. Не меняя количества гофр, определим шаг на участках 1 и 8: t1=2,487 мм, t8=6,24 мм. На участках 9 и 10 меняем количество гофр, т. к. шаг превышает 7 мм. Примем шаг равен t9=t10=6,92 мм и определим их количество n_гофр9=648, n_гофр10=884.

Зная объемные доли продуктов сгорания в камере из термодинамического расчета,  определим массовые доли:

                                       (5.3)

где m_i – молекулярная масса.

               

Определим теплоемкость:

                                       (5.4)

где  - теплоемкости газов (Дж/кг*К) берем из таблицы [2, с. 47].

Дж/кг*К

Определим коэффициент динамической вязкости:

                                       (5.5)

где μ_i – коэффициенты динамической вязкости газов (Па*с) берем из таблицы [б, с.106].

 Па*с.

Принимаем С_р и μ_{г_ст} постоянными по длине камеры и сопла.

Температуру газовой стенки T_{г_ст} в первом приближении принимаем для стали:

·  в критическом сечении – 1200 К,

·  на срезе – 500 К,

·  в камере – 900 К.

Для определения температуры газов, газовой стенки и давления на каждом участке строим графики с линейной аппроксимацией по трем точкам – в камере, в критическом сечении и на срезе сопла.

Рассмотрим передачу тепла от газа к стенке.

Тепловой поток равен сумме конвективного и лучистого потока:

                                          (5.6)

Рассмотрим конвективный поток:

                                   (5.7)

                     (5.8)

где - коэффициент теплопередачи от газа к стенке,