Рабочие процессы в камере ЖРД

 

Камера ЖРД (рис. 2.3) состоит из камеры сгорания и реактивного сопла и является агрегатом, в котором компоненты ЖРТ или продукты газогенерации преобразуются в газообразные продукты, создающие при истечении реактивную силу.

Камера сгорания (КС) – часть камеры ЖРД, в которой в основнюм завершается процессы смесеобразовании я и горения.

Реактивное сопло (РС) – часть камеры ЖРД, в которой тепловая энергия продуктов сгорания преобразуется в кинетическую энергию истекающей струи.

Реакция горения происходит в газовой фазе, поэтому организация рабочего процесса в КС должна обеспечить:

- эффективную газификацию (испарение) КРТ;

- перемешивание КРТ в заданном соотношении, близком к стехиометрическому.

Преобразование КРТ в КС включает: впрыск и распыл жидких КРТ; испарение капель; перемешивание; собственно горение.

1. Впрыск и распыл жидких КРТ производится струйными или центробежными форсунками. При использовании центробежных форсунок капли получаются мельче и ближе расположены к форсунке – распыл лучше (тонкий распыл).

2. Испарение (газификация) КРТ осуществляется за счет интенсивного подвода тепла из зоны горения к распыленным КРТ. Этот процесс осуществляется за счет обратных токов. При истечении из центробежной форсунки струи жидкости в поверхности конуса за счет эжекции увлекают за собой газ из центра конуса и там образуется разряжение (зона пониженного давления). В зону пониженного давления устремляются горячие газы из зоны горения и КРТ переходят в газообразную фазу.

3. Перемешивание КРТ между собой достигается подбором шага форсунок и чередованием форсунок с горючим и окислителем. Следует помнить, что:

- слишком малый шаг форсунок приводит к смыканию конусов распыла, препятствуя прохождению обратных токов и уменьшению подвода тепла;

- слишком большой шаг приводит к неравномерной концентрации КРТ, а следовательно к неполному их сгоранию и потерям.

4. Горение происходит по мере испарения и перемешивания КРТ. Так как скорость испарения намного ниже скорости реакции горения, то такое горение получило название диффузионного горения.

Процесс горения характеризуется кривой выгорания (рис. 2.4).

Кривая выгорания   зависит от доли образовавшихся газообразных продуктов М _г / М _т и от перемещения их вдоль КС х. Где: М _г – секундный массовый расход газообразных продуктов; М _т – секундный массовый расход жидких КРТ.

1 – кривая выгорания мелких капель;

3 – кривая выгорания крупных капель;

2 – среднеинтегральная кривая выгорания основной части топлива (80%), определяется параметрами и взаимным расположением форсунок.

Во фронте горения (затененной области) сгорает основная доля топлива. Длина камеры сгорания должна обеспечить сгорание самых крупных капель.

Время пребывания продуктов сгорания в КС τ_п характеризует длительность рабочего процесса и определяется как

 

,                                  (2.1)

 

где: М _ПС – масса продуктов сгорания; V _КС – объем КС; ρ_ПС – плотность продуктов сгорания.

Так как , то , где β – расходный комплекс.

Из уравнения состояния идеального газа , выразим , тогда

                                            (2.2)

 

Так как β, R, T = const и зависят только от состава ПС, то ,

Так как  – приведенная длина КС, то τ_п – длительность рабочего процесса зависит только от приведенной длины КС.

Расходонапряженность М _F = М _т / F _кр – определяет качество распыла и перемешивания КРТ.

Удельная расходонапряженность

В РД без дожигания ГГ: L _пр = 2…3 м;  = 0,8…1 кг/м·с.

В РД с дожиганием ГГ: L _пр = 0,2…1 м;  = 2…2,5 кг/м·с.

Вывод: Варьируя V _КС и F _кр можно можно добиться времени пребывания ПС в КС необходимого для полного сгорания топлива.