Расчёт теплозащиты элементов камеры

Выбор системы теплозащиты элементов камеры и вида охладителя

 

Выбор охладителя. В качестве охладителя обычно используется тот компонент, который обладает слабым коррозионным воздействием на конструкционные материалы, большей теплопроводностью, лучшей охлаждающей способностью. В данном случае этим компонентом является керосин.

Был проведён расчёт проточного охлаждения. Охладитель, протекая по тракту охлаждения, образованному стенкой, рубашкой корпуса, внутренним и средним днищами головки камеры, поглощает всё тепло, передаваемое стенке и днищу.

Проточное охлаждение может быть регенеративным и автономным. Выбираем регенеративное охлаждение. При таком охлаждении тепло от газа передаётся компоненту топлива и вновь возвращается в камеру. При регенеративном охлаждении потери удельного импульса камеры практически отсутствуют.

Схема течения охладителя противоточная, то есть охладитель сначала подаётся во входной коллектор на срезе сопла, а затем течёт по тракту охлаждения и выходит из него через выходной коллектор горючего. При этом охладитель равномерно распределяется по проточным сечениям.

Проточное охлаждение обеспечивает надёжную теплозащиту элементов камеры.

Расчётный режим – основной режим работы двигателя. Тепловой поток от газа в стенку и площадь охлаждаемой поверхности по длине сопла являются переменными величинами, поэтому расчёт охлаждения можно производить только по участкам камеры.

Подготовка данных для расчёта системы проточного охлаждения на ЭВМ

 

Выбираем материал стенки камеры – БрХ08.

Исходные данные включают в себя геометрические размеры газового тракта камеры, параметры газа на входе в сопло, параметры и теплофизические свойства охладителей, свойства материала стенки, её толщину и допустимые температуры системы регенеративного охлаждения. Геометрические размеры сняты с контура камеры.

Продольные размеры , , , , , отсчитываются по оси сопла от его среза. Поперечные размеры , , , отсчитывают по оси сопла. Также выписываем радиусы скругления профиля сопла , , и углы и . Затем выбираем число участков N, на которое следует разбить контур сопла поперечными сечениями.

Для расчёта плотности конвективного теплового потока необходимы следующие данные:

n = k – показатель изоэнтропы расширения газа в сопле

- температура горячей поверхности стенки, К

- температура газа в пристеночном слое, К

- равновесная массовая теплоёмкость газа в пристеночном слое при постоянном давлении,

динамическая вязкость газа, .

Расчёт плотности лучистого теплового потока ведут с использованием следующих данных:

- температура газа в ядре потока, К,

степень черноты стенки

- давление газа в камере сгорания, МПа.

Для определения теплофизических свойств охладителя необходимо указать вид охладителя и его параметры:

- температура охладителя на входе в тракт охлаждения, К

- допустимая температура жидкости на выходе из тракта

охлаждения, К.

Расчёт зазора в кольцевом тракте охлаждения:

- толщина стенки, м

- коэффициент теплопроводности материала стенки при средней

температуре,

- максимальная скорость течения охладителя в тракте, м/с

- предельная температура холодной поверхности стенки, К

- предельная температура горячей поверхности стенки, К.

Все приведённые выше данные загружаются в компьютер, который выдаёт расчёт. Во всех сечениях температура горячей стенки не выходит за рамки допустимой, поэтому дополнительных мероприятий для обеспечения надежности теплозащиты проводить не требуется.

 

7.4.3 Проектирование оребрения стенки камеры и определение коэффициента эффективности оребрения

 

Оребрение выполняет следующие функции:

- обеспечивает прочность стенки, нагруженной перепадом давления , и нагретой до высокой температуры;

- улучшает теплоотвод от стенки в охладитель.

Необходимо выбрать параметры оребрения так, чтобы обеспечить прочность стенки, и минимальные потери давления охладителя в тракте. Расчёт ведётся для ряда сечений и полученные размеры каналов согласуют между участками стенки.

Толщину рёбер и их высоту по длине тракта охлаждения оставляют постоянными, а ширина канала b будет изменяться при изменении радиусов поперечного сечения камеры.

При выборе числа рёбер i необходимо учитывать условие:

,

где - максимальная ширина канала

,

где σ_Т - предел текучести материала,

=1,5 – коэффициент запаса по текучести,

- перепад давления на стенке.

 

Оребрение в критическом сечении:

 

 

Рисунок 12 – Схема оребрения

 

;

;

.

Определяем шаг рёбер и ориентировочное число рёбер в критическом сечении:

;

Принимаем .

Теперь уточним S_p и b_кр:

;

.

Найдем зазор между стенками (высоту ребра):

Оребрение в расширяющейся части сопла:

;

;

Находим приблизительный радиус сечения №1:

м.

Найдем радиус сечения №2:

Найдем радиус сечения №3:

i₄ = 696;

 

Рассмотрим сечение на срезе сопла:

i_а = i₄ = 696;

 

Оребрение на цилиндрическом участке корпуса:

,

где ,

;

i_с =i_кр.

Рассчитываем коэффициент эффективности в критическом сечении:

Принимаем , .

Тогда , , ,

Результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчёта оребрения стенки