ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лучистый теплообмен в камере жидкостных ракетных двигателей из "Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей Книга 2 Издание 4 " Лучистый теплообмен связан с поглощением стенкой лучистой энергии и превращением ее в тепловую. Носителями лучистой энергии, как известно, являются электромагнитные колебания или поток частиц — фотонов. Для лучистого теплообмена имеют значенис е лучи, которые возникают при нагреве тела и определяются его температурой и оптическими свойствами. Такими лучами являются главным образом лучи видимого и инфракрасного спектра, что соответствует длинам волн соответственно (0,4—0,8) 10 и (0,8—800) 10 мм. Эти лучи называются тепловыми, а процесс их распространения — тепловым излучением или радиацией. [c.42] Тепловое излучение свойственно всем телам, температура которых выше абсолютного нуля. При попадании излучения на любое тело лучистая энергия може1 частями или поглощаться, или отражаться, или проходить сквозь тело. [c.42] Важное значение в радиационном теплообмене имеет закон Кирхгофа, который устанавливает связь между излучательной и поглощательной способностями тела. Согласно этому закону отношение коэффициента излучения данного тела С к коэффициенту излучения абсолютно черного тела равно относительной поглощательной способности тела С1С = А. Из этого закона следует важное равенство г = А, т. е. относительная излучательная способность тела равна относительной поглощательной способности тела. Отсюда, если тело обладает способностью излучать, то оно обладает способностью и поглощать. Абсолютно белое тело не излучает и не поглощает. [c.43] Где — приведенный коэффициент излучения системы тел, между Которыми происходит процесс лучистого теплообмена Т2 — температура окружающих, более нагретых тел — температура гела, воспринимающего радиационный поток. [c.43] так же как и твердые тела, обладают способностью излучать, поглощать и пропускать лучистую энергию. Опыг показывает, что различные газы обладают различными свойствами по отношению к лучистой энергии. Одно- и двухатомные газы практически прозрачны для тепловых лучей, т. е. их излучательная и поглощательная способность чрезвычайно мала. Значительной излучательной и поглощательной способностью обладают трехатомные газы. Для ЖРД в большинстве случаев такими газами являются продукты полного сгорания углеводородных горючих — пары воды и углекислый газ. [c.44] Отметим, что излучательная и поглощательная способности газов иные, чем у твердых тел если твердые тела излучают и поглощают лучистую энергию в диапазоне всех длин волн, то газы способны излучать и поглощать лучистую энергию только в определенных итервалах длин волн. Короче говоря, газы обладают селективным (избирательным) спектром излучения и поглощения в от шчие от сплошного спектра у твердых тел. По этой причине для газов Ат е. Это объясняется тем, что спектр излучения, строго говоря, не совпадает со спектром поглощения. Однако в технических расчетах для газов обычно принимают А = с. [c.44] Точное изучение закона излучения газов показывает, что интенсивность излучения водяных паров пропорциональна углекислого газа — Т . Тем не менее в технических расчетах (для удобства) принимают для газов закон излучения твердого тела — закон четвертой степени Однако в этом случае для компенсации слишком сильной зависимости излучения от температуры (Т ) приходится в отличие от твердых тел вводить зависимость коэффициента излучения газов от температуры, соответственно уменьшая его с ростом температуры. [c.44] Твердые тела для тепловых лучей практически непрозрачны, поэтому излучение и поглощение происходит в поверхностном слое. Газы же для лучей являются в той или иной степени прозрачными, поэтому излучение и поглощение у них происходят в некотором объеме и определяются количеством молекул, встречающихся на пути луча. Количество молекул на пути луча пропорционально геометрической длине луча / и плотности р газа. [c.44] Эффектртвная степень черноты стенки находится между сте пенью черноты материала стенки 8 . , учитывающей поглощение излучения при однократном падении луча, и единицей, соответствующей полному поглощению излучения при многократных отражениях луча в условиях замкнутого объема, зaпoJшeннoгo прозрачной средой. [c.45] Основные особенности лучистого теплообмена в условиях ЖРД. В жидкостных ракетных двигателях процесс горения и истечения протекает, как известно, при значительных температурах и давлениях. В этих условиях ПС являются мощным источником лучистой тепловой энергии, которая воспринимается сравнительно холодными (при наружном охлаждении) стенками КС и сопла в виде лучистого теплового потока. [c.45] Излучением твердых частиц углерода в камере сгорания ЖРД также можно полностью пренебречь, поскольку, как показывают данные термодинамического расчета горения топлив в ЖРД, присутствие твердого углерода в ПС практически не наблюдается. [c.46] Вторая особенность. Исходя из общих соображений можно утверждать, что наибольшие лучистые тепловые потоки будут наблюдаться в камере сгорания. Это следует из того, что в КС имеют место наибольшие значения давления и температуры газов, от величины которых в первую очередь зависит излучательная способность газов. [c.46] При движении ПС по соплу температура и давление газов уменьшаются, причем особенно быстро уменьшаются после критического сечения, достигая наиболее низких значений в выходном сечении сопла. Снижение термодинамических параметров газа приводит к резкому уменьшению излучения газа. Таким образом, лучистые тепловые потоки в сопле быстро снижаются по сравнению с КС -И достигают минимальной величины в выходном сечении. [c.46] Как показывают расчеты, если в камере сгорания лучистый поток соизмерим по величине с конвективным тепловым потоком, то уже в критическом сечении он составляет примерно 8—12% от этого потока, а в закритической части сопла — меньшую долю. Эта особенность в распределении лучистых тепловых потоков по камере сгорания и соплу позволяет в большинстве случаев ограничиваться приближенными определениями в сопле, основное внимание обращают на вычисление лучистых тепловых потоков в самой КС. [c.46] Третья особенность. Вызывается определенной неоднородностью ПС по составу и температуре как в поперечном, так и в продольном направлениях. [c.46] Как известно из анализа рабочего процесса, поток ПС в КС носит струйный характер, т. е. состоит из ряда параллельных струй, которые отличаются составом и температурой в соответствии с местным значением коэффициента соотношения компонентов к . С другой стороны, возле головки располагается начальный участок, в котором протекают процессы горения и температура газов нарастает со сравнительно низкой у головки КС до максимальной в конце участка. [c.46] Отсюда в общем случае излучение ПС на стенку камеры будет складываться из излучения всей струй. Причем излучение каждой струи по пути частично поглощается в более холодных, струях, прежде чем оно достигнет стенки. На начальном участке КС излучение, кроме того, будет сильно поглощаться каплями и парами. Все это серьезно усложняет точный расчет лучистых тепловых потоков в камере и сопле ЖРД. [c.46] Для стенок камеры сгорания ЖРД, несколько загрязненных сажей, можно принимать 8ст 0,8. Более точно она зависит от материала стенки и состояния ее поверхности. [c.47] Произведение 8н20 со2 Д учитывает уменьшение излучательной способности и смеси газов Н2О и СО2 по сравнению с суммой излучений газов Н2О и СО2 каждого в отдельности. Это вызывается тем, Что из-за селективного характера спектра излучения и поглощения газов происходит частичное взаимное перекрытие некоторых участков спектра излучения и поглощения газов Н2О и СО2, т. е. каждый из этих газов не совсем про зрачен для излучения другого и излучение одного газ частично поглощается другим. В результате на стенку попадает меньший лучистый тепловой поток, чем сумма лучистых потоков от каждого газа в отдельности. [c.47] Отметим, что значительная часть излучения СО2 поглощается водяным паром. Так как в ПС содержание водяного пара Несколько больше содержания углекислоты, то, как показывают расчеты, значение излучения СО2 в общем лучистом тепловом Потоке невелико и составляет примерно 10%. [c.47] Вернуться к основной статье