ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные особенности и требования, предъявляемые к наружному охлаждению из "Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей Книга 2 Издание 4 " Характерная особенность наружного охлаждения — стационарный режим вся полученная стенкой теплота полностью передается охлаждающей жидкости. В этих условиях надежное охлаждение должно отвечать двум основным требованиям 1) удовлетворять тепловому балансу между подогревом охлаждающей жидкости и восприйимаемой ею теплотой 2) обеспечивать тепловое состояние или температурный режим стенки на любом участке камеры в заданных пределах. [c.66] Первое требование заключается в том, что жидкость, пройдя через охлаждающий тракт камеры и восприняв теплоту от стенки на выходе из тракта, не дол)кна быть перегретой выше некоторой допустимой температуры Г .доп определяемой температурой кипения или разложения при данном давлении. Это необходимо, во-первых, потому, что некоторые компоненты, как, например, перекись водорода, несимметричный диметилгидразин, гидразин и другие, при перегреве начинают разлагаться, причем разложение носит взрывной характер ва-вторых, чтобы в КС поступали компоненты однородного (однофазного) состава, без включения газовых объемов или смолообразных и твердых продуктов разложения (иначе двигатель будет работать неустойчиво, форсунки засоряются отложениями) в-третьих, что охлаждение стенок двигателя компонентом, находящимся в двухфазном состоянии (частично в парообразном), значительно менее эффективно (коэффициент теплоотдачи от стенки в пар резко снижается). Наконец, в-четвертых, при чрезмерном перегреве охлаждающей жидкости снижается разность температур стенки и жидкости, что снижает интенсивность теплообмена. И далее, если жидкость способна к разложению, то она становится более чувствительной к местным перегревам стенки, а это снижает надежность охлаждения. [c.66] Таким образом, имеются серьезные причины, которые ставят достаточно жесткие требования к нагреву охлаждающей жидкости в охлаждающем тракте. [c.66] Если температура стенки значительно превышает температуру кипения жидкости, то кипение на стенке протекает более интенсивно и образовавшиеся пузырьки пара на поверхности сливаются и образуют паровую пленку поток становится двухфазным, режим охлаждения — пленочным. Вначале паровая пленка неустойчива, она постоянно сносится потоком в виде больших пузырей, а на ее месте возникает новая. Затем устойчивость пленки повышается. С момента появления на поверхности паровой пленки контакт жидкости со стенкой нарушается и поскольку теплоотдача в пар значительно меньше, чем в жидкость, то в местах пленочного охлаждения эффективность теплосъема резко уменьшается, возрастает температура стенки, которая может превысить допустимую. [c.67] Ввиду важности наружного охлаждения, в том числе и совместно с внутренним, рассмотрим основные закономерности, которые приходится учитывать при разработке мероприятий по обеспечению приведенных выше двух условий надежного охлаждения. [c.68] Соотношение (12,9) позволяет проанализировать зависимость подогрева А Г охлаждающей жидкости при изменении различных параметров. [c.70] Рассмотрим некоторые случаи. [c.70] Отсюда при дросселировании, т. е. снижении тяги (/ к Рко), подогрев охлаждающей жидкости будет несколько увеличиваться, например при уменьшении р в четыре раза подогрев увеличивается на 20—25%. Следовательно, в отдельных случаях глубокого дросселирования минимальный режим работы двигателя может представлять опасность из-за возможного перегрева охлаждающей жидкости. [c.70] Отсюда у двигателя с меньшей тягой подогрев жидкости будет большим. Так, уменьшение диаметра критического сечения в десять раз увеличивает подогрев на 40—50%. Это обстоятельство накладывает некоторые ограничения на минимальный диаметр критического сечения (т. е. тягу двигателя), ниже которого подогрев охлаждающей жидкости может оказаться чрезмерным. Как правило, двигатели с малой тягой имеют и меньшее давление в КС. Тогда подогрев жидкости может быть еще большим. [c.70] Поэтому для охлаждения двигателей с тягой 0,5—1,0 кН часто приходится использовать оба компонента. Двигатели с еще меньшей тягой охлаждаются с трудом. Для них приходится использовать другие средства, например усиливать внутреннее охлаждение, снижать температуру газов и т. п. [c.70] С повышением давления в камере сгорания, например с / ко = 5 МПа до / к=15МПа, увеличиваются коэффициенты пропорциональности Ь. [c.71] При давлении на срезе сопла / д = 0,05 МПа коэффициенты тяги на Земле k Q=, 525, а к =, 512. Учитывая незначительные изменения коэффициентов (к /к о=, 03), практически их измене-1Ше на подогреве не скажется. [c.71] Таким образом, с увеличением давления в КС подогрев охлаждающей жидкости при прочих равных условиях увеличивается. Причем увеличение происходит главным образом из-за возрастания относительной боковой поверхности, т. е. коэффициента пропорциональности Ь ввиду роста степени расширения сопла. Следовательно, переход к повышенным давлениям в КС усложняет условия работы наружного охлаждения. [c.71] Обеспечение температурного режима стенки. Рассмотрим какие параметры определяют температурный режим стенки. [c.71] Температур на стороне газа, в стенке, на стороне жидкости. [c.71] Эти составляющие называются соответственно термическим сопротивлением пограничного слоя газа, стенки и пограничного слоя жидкости, а 1/к — термическим сопротивлением системы передачи теплоты от газа в жидкость. [c.72] Таким образом, имея (12.19)—(12.21), можно количественно проследить, как отражается изменение одного или нескольких параметров (аж, ар, 5, X, Го г и Гж) на температурном режиме стенки. [c.72] При уменьшении ж все величины изменяются в обратном направлении. В конечном итоге температуры стенки возрастают, и ее тепловой режим становится более напряженным. [c.73] Таким образом, коэффициент теплЬотдачи аж — важнейший параметр, оказывающий сильное влияние на -тепловой режим стенки. На практике выбор скорости течения жидкости с учетом комплекса К—главное для обеспечения температур стенки в допустимых пределах. [c.73] Вернуться к основной статье