Расчет форсунок горючего ядра

Плотность горючего

Динамическая вязкость

Расход горючего через одну форсунку горючего ядра:

Теоретическая скорость выхода несжимаемой жидкости

 

Расход жидкости через форсунку

– площадь сопла форсунки в м².

Диаметр сопла форсунки:

Примем

Принимаем Тогда

Определим коэффициент трения .

Значение отличается от на 0,18%, что находится в допустимых пределах. Поэтому считаем определенные в первом приближении значения окончательными.

Определим остальные размеры форсунки:

Радиус камеры загрузки

Высота форсунки Примем

Диаметр форсунки:

Масштаб 4:1

Рис. 6. Чертеж форсунки горючего

Расчет форсунок окислителя

Плотность окислителя

Динамическая вязкость

Расход горючего через одну форсунку окислителя:

Теоретическая скорость выхода несжимаемой жидкости

Расход жидкости через форсунку

– площадь сопла форсунки в м².

Диаметр сопла форсунки:

Примем

Принимаем Тогда

Определим коэффициент трения .

Значение отличается от на 3,5%, что находится в допустимых пределах. Поэтому считаем определенные в первом приближении значения окончательными.

Определим остальные размеры форсунки:

Радиус камеры загрузки

Высота форсунки Примем

Диаметр форсунки:

Расчет форсунок горючего пристеночного слоя

Плотность горючего

Расход горючего через одну форсунку горючего ядра:

Теоретическая скорость выхода несжимаемой жидкости

Расход жидкости через форсунку

– площадь сопла форсунки в м².

Примем , т.к. в таком случае скорость по узкому сечению выше, а струя сужается, что целесообразно для пристеночного слоя.

Соответственно

Диаметр сопла форсунки:

Проверка

Расстояние между форсунками должно быть не менее 2 мм. Расстояние между осями форсунок – 16 мм. Самый большой диаметр форсунок у форсунок окислителя. Получаем:

Вывод: размеры форсунок удовлетворяют условию

Расчет охлаждения ЖРД

Исходные данные к расчету

– диаметр критического сечения;

– давление в камере сгорания;

– температура в камере сгорания;

– скорость потока в критическом сечении;

– скорость потока на срезе сопла;

– плотность хладогента;

– удельная теплоемкость хладогента;

– скорость хладогента в критическом сечении;

– массовый расход хладогента;

– температура входа в рубашку охлаждения;

– число Прандтля;

– показатель изоэнтропы.

Материал камеры – бронза хромистая БрХО.

Для расчета охлаждения разобьем камеру двигателя на 15 участков. Более мелкие участки ближе к критическому сечению. Камеру сгорания для удобства принимаем за один участок. Разбиение на участки следующее:

Данное разбиение обусловлено удобством при дальнейших расчетах:

· представлены критическое сечение, срез сопла;

· представлены сечения, в дальнейшем используемые при расчеты лучистых потоков.

Приведенный диаметр камеры двигателя для участков:

Таблица 1

x, м		0,46	0,59	0,69	0,72	0,75	0,775	0,8
D, м	0,46	0,46	0,403	0,264	0,239	0,244	0,22	0,232
D’	2,091	2,091	1,832	1,2	1,086	1,018		1,055
x, м	0,83	0,87	0,95	1,07	1,2	1,4	1,625
D, м	0,273	0,33	0,422	0,55	0,67	0,823	0,95
D’	1,241	1,5	1,918	2,5	3,045	3,741	4,318

 

Определение температуры газовой стенки

Температуру газовой стенки строим интерполяцией значений температуры горячей стенки в первом приближении для используемого материала.

В качестве исходных данных принимаем следующие значения для материала БрХО:

в камере сгорания

в критическом сечении

на срезе сопла

 

Рис. 7

Таблица 2

x, м		0,46	0,59	0,69	0,72	0,75	0,775	0,8
Tст.г.I, К		659,355	676,129	689,032	692,903	696,774		694,118
x, м	0,83	0,87	0,95	1,07	1,2	1,4	1,625
Tст.г.I, К	687,059	677,647	658,824	630,588		552,941

Приведенную температуру горячей стенки получаем по формуле:

Таблица 3

x, м		0,46	0,59	0,69	0,72	0,75	0,775	0,8
T’ст.	0,173	0,19	0,195	0,199	0,2	0,201	0,202	0,2
x, м	0,83	0,87	0,95	1,07	1,2	1,4	1,625
T’ст.	0,198	0,195	0,19	0,182	0,173	0,159	0,144

 

Интерполяция функции S продуктов сгорания топлива

Определяем величину которая зависит от рода топлива, соотношения компонентов и температуры газовой стенки. Значения получим путем интерполяции номограммы. Так как для охлаждения камеры сгорания используется пристеночный слой, то значения для будут зависеть от , где . Таким образом .

Таблица 4

Tст.г
S	1,3		0,8	0,6	0,37	0,2

 

Рис. 8

Таблица 5

Tст.г.I, К		659,355	676,129	689,032	692,903	696,774		694,118
S	1,15	1,061	1,036	1,016	1,011	1,05		1,009
Tст.г.I, К	687,059	677,647	658,824	630,588		552,941
S	1,019	1,034	1,062	1,104	1,15	1,221	1,3

 

 

Интерполяция коэффициента B

Проведем расчет комплекса и по заданным значениям из таблицы используем интерполяцию.

Таблица 6

T’ст.	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
B	0,008454	0,008484	0,008533	0,008594	0,008667	0,008746	0,008837

Рис. 9

Таблица 7

T’ст	0,173	0,19	0,195	0,199	0,2	0,201	0,202	0,2
B	0,008479	0,008482	0,008483	0,008484	0,008484	0,008484	0,008485	0,008484
T’ст	0,198	0,195	0,19	0,182	0,173	0,159	0,144
B	0,008484	0,008483	0,008482	0,00848	0,008479	0,008476	0,008473

 

Интерполяция скорости продуктов сгорания

Рис. 10

Таблица 8

x, м		0,46	0,59	0,69	0,72	0,75	0,775	0,8
w, м/с		664,184	851,891	996,28	1039,596	1082,913	1119,01	1173,75
x, м	0,83	0,87	0,95	1,07	1,2	1,4	1,625
w, м/с	1239,438	1327,022	1502,19	1764,942	2049,59	2487,51	2980,17

Расчет конвективных потоков

камеры двигателя.

Таблица 9

D’	2,091	2,091	1,832	1,2	1,086	1,018		1,055
	0,999872	0,99872	0,9977	0,9851	0,974	0,956	0,93458	0,8848
D’	1,241	1,5	1,918	2,5	3,045	3,741	4,318
	0,8195	0,763	0,7	0,642	0,603	0,5673	0,541

 

Рис. 11

Рассчитываем конвективные потоки по формуле:

Рис. 12

Таблица 10

x, м		0,46	0,59	0,69	0,72	0,75	0,775	0,8
, Вт/м^2	7,382	6,813	8,455	17,692	20,845	22,891	23,014	19,953
x, м	0,83	0,87	0,95	1,07	1,2	1,4	1,625
, Вт/м^2	13,887	9,282	5,591	3,2292	2,248	1,543	1,207

Расчет лучистых потоков

Определяем распределение лучистых тепловых потоков по длине камеры сгорания и сопла.

Расчеты лучистых тепловых потоков сложны и ресурсозатратны. Во входной части сопла происходит резкое падение значений , и в закритической части они по сравнениo со значениями в камере сгорания пренебрежимо малы. Поэтому при расчете лучистых тепловых потоков нет смысла определять для каждого сечения камеры сгорания и сопла, а найдя значения в камере сгорания, можно с достаточной степенью использовать приближенные формулы расчета, основанные на экспериментальных данных.

части сопла при диаметре поперечного сечения сопла

части сопла при диаметре поперечного сечения сопла

Рис. 13