Процесс расширения продуктов сгорания в сопле

В предыдущем разделе приведен метод расчета температуры адиабатического горения и состава продуктов в камере сгорания. Рассмотрим теперь более детально процесс расширения продуктов сгорания в сопле. Для того чтобы выявить важные особенности протекания химических реакций, пренебрежем диссипативными потерями, связанными с трением и теплопередачей, и будем считать, что на входе в сопло газы имеют нулевую скорость, а их температура и состав найдены по описанной выше процедуре. [c.20]

Так как процесс 34 — это процесс изоэнтропического расширения продуктов сгорания в сопле ракеты, то [c.568]

Теоретический цикл воздушно-реактивного двигателя представлен в р — г/-диаграмме на рис. 17.41. Линия 12 соответствует процессу сжатия набегающего потока воздуха в диффузоре при движении летательного аппарата с большой скоростью, линия 23 — изобарическому процессу подвода теплоты при сгорании топлива, линия 34 — адиабатическому расширению продуктов сгорания в сопле, линия 41—охлаждению удаленных в атмосферу продуктов сгорания. [c.569]

Теоретический цикл прямоточного ВРД представлен в р — и-диаграмме на рис. 8.26. Линия I—2 соответствует процессу сжатия, линия 2—3 — изобарическому процессу подвода теплоты при сгорании топлива, линия 3—4 — адиабатическому расширению продуктов сгорания в сопле, [c.536]

Так как процесс 34 есть процесс изоэнтропического расширения продуктов сгорания в сопле ракеты, то работа за цикл V—й = = 1/2(14)2—и)2 теоретически равняется располагаемой работе в процессе истечения. [c.420]

Итак, газотурбинная установка с регенерацией тепла (фиг. 8. 19) отличается от обычной (фиг. 8. 12) только наличием регенератора 14-Наличие регенератора внешне цикла не изменяет, но вносит некото-)ое отличие, которое можно увидеть из сравнения фиг. 8. 10 и 8. 20. Три полной регенерации, когда Т-,=Т5, а 0—1, имеем следующие процессы цикла, показанные на фиг. 8.20. Процесс адиабатного сжатия воздуха в компрессоре и адиабатного расширения продуктов сгорания в соплах турбины 1—2 и 3—4 ничем не отличаются от процессов 1—2 и 3—4, показанных на фиг. 8. 10. В процессе 2—5 производится изобарный подогрев воздуха в регенераторе с сообщением воздуху теплоты Qp, а на участке 5—3 осуществляется изобарный подвод газу тепла i в камере сгорания. Линия 4—6 изображает изобарное охлаждение продуктов сгорания в регенераторе с отдачей им тепла p сжатому воздуху, а на участке 6—1 происходит дальнейшая изобарная отдача ими тепла атмосферному воздуху вне регенератора. [c.182]

Если гаэ, получивший в результате адиабатического процесса расширения некоторую скорость, вновь адиабатически затормозить, то соответствующая часть полной энергии газа, составившая кинетическую энергию его, снова превратится во внутреннюю тепловую и химическую энергию газа, а также в энергию давления. Полное теплосодержание и температура адиабатически заторможенного потока газа, которая называется температурой торможения, будут равны начальному полному теплосодержанию газа и начальной температуре его. Таким образом, в любом сечении адиабатического потока температура торможения будет одной и той же. Например, при адиабатическом расширении продуктов сгорания в сопле ЖРД температура торможения будет равна температуре газов в камере сгорания и состав продуктов сгорания заторможенного газа будет одинаков с составом продуктов сгорания в камере. [c.90]

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных позволяет утверждать, что при расширении продуктов сгорания в сопле реакции рекомбинации полностью успевают совершаться. Следовательно, в каждом сечении сопла устанавливается равновесный химический состав продуктов сгорания. Поэтому состав продуктов сгорания на срезе сопла подчиняется уравнениям констант равновесия, используемым при расчете сгорания. Кроме того, такой процесс истечения можно считать обратимым, следовательно, энтропия газов в любом сечении сопла равна энтропии в камере сгорания S2, [c.202]

Современные газотурбинные установки в основном работают с изобарным подводом теплоты. Теоретически цикл с изобарным подводом теплоты (рис. 7.3, б, в) состоит из процесса адиабатного сжатия воздуха 1-2 в компрессоре 1 (см. рис. 7.3, а), изобарного подвода теплоты 2-3 в камере сгорания 2, процесса адиабатного расширения 3-4 продуктов сгорания в соплах 3, преобразования кинетической энергии струи газа на рабочих лопатках 4 и процесса отвода теплоты 4-1 от газа в окружающую среду при постоянном давлении р - [c.116]

Идеальные циклы реактивных двигателей по характеру входящих в них термодинамических процессов тождественны соответствующим циклам газотурбинных установок. Так, цикл прямоточных реактивных двигателей состоит из адиабатного сжатия воздуха в диффузоре, изобарного подвода тепла в камере сгорания, полного адиабатного расширения (до атмосферного давления) продуктов сгорания в сопле двигателя и изобарного отнятия от них тепла в атмосфере. [c.461]

При больших температурах в камерах сгорания ЖРД и ТРД или при больших скоростях полета летательных аппаратов с ВРД температура торможения продуктов сгорания на входе в сопло может достигать 2500-3000°К. При таких температурах и умеренных давлениях продукты сгорания на входе в сопло частично диссоциированы. При их расширении и охлаждении в сопле вследствие конечности скоростей химических реакций процессы рекомбинации не успевают завершится и химическая энергия горючего, затраченная на диссоциацию продуктов сгорания в камере (или на входе в сопло), не полностью переходит в кинетическую энергию реактивной струи. Это приводит к возникновению потерь импульса сопла из-за химической неравновесности (А/хн ), что имеет место для относительно коротких реактивных сопел, когда время пребывания газа в соплах весьма мало (10 " -10 с) и изменение внутренней энергии и химического состава не успевает за изменением температуры и давления в потоке. Для сопел самолетов с умеренными сверхзвуковыми скоростями (Л4о 3) и длинных сопел ракетных двигателей в большинстве случаев можно считать, что процесс расширения продуктов сгорания происходит энергетически и химически равновесно. [c.89]

Как уже отмечалось выше и как показывают результаты расчетов на рис. 8.6-8.10, характеристики сопла, полученные с учетом химической кинетики, располагаются между величинами, полученными для равновесного и замороженного процессов, причем в случае равновесного течения — характеристики наилучшие, а в случае замороженного — наихудшие. Поэтому целесообразно иметь оценку максимально возможных потерь тяги или импульса реактивного сопла, полученных при расчете замороженного течения. Величины этих верхних оценок потерь, связанных с химической неравновесностью, будут зависеть только от давления и температуры продуктов сгорания, коэффициента избытка воздуха и геометрической степени расширения сопла [13]. Систематические оценки изменения расходных и тяговых (или импульсных) характеристик сопла с фиксированной геометрией для случая химически неравновесного процесса расширения продуктов сгорания керосина в воздухе получены в работе [13]. Расчеты выполнены в диапазонах изменения [c.356]

Величины потерь удельного импульса при замороженном процессе расширения продуктов сгорания являются максимально возможными потерями и зависят, помимо коэффициента избытка воздуха, температуры и давления торможения потока на входе в сопло, еще и от геометрической степени расширения сопла i / Kp- Удельный импульс сопла при предельно замороженном процессе расширения всегда меньше равновесного удельного импульса. Потери импульса А/з при Tq 500 К отличаются от нуля уже в критическом сечении сопла, т. е. при геометрической степени расширения сопла = 1. При достаточно высоких температурах торможения Tq с 2500-3000 К потери импульса в критическом сечении могут достигать величины 0,01-0,03 (рис. 8.14 и 8.15). Однако, как отмечается, реальные потери на химическую неравновесность в этом сечении будут сравнительно небольшими, т. к. в дозвуковой части сопла статические давление и температура газа еще достаточно велики по сравнению с этими же параметрами в сверхзвуковой части сопла, а время нахождения газа в дозвуковой части не так мало, как в сверхзвуковой части сопла, и реакции рекомбинации почти успевают завершиться до критического [c.358]

Приведенные данные иллюстрируют также снижение потерь импульса при полностью замороженном процессе расширения продуктов сгорания А/3 с увеличением полного давления на входе в сопло ос что связано с уменьшением степени диссоциации продуктов сгорания на входе в сопло. Этот результат справедлив для всего рассмотренного в работе [13] диапазона изменения геометрической степени расширения сопла, коэффициента избытка воздуха а, давления и температуры торможения потока на входе в сопло. [c.360]

Приведенные значения и получены для расчетного режима работы реактивного сопла при учете в процессе расширения продуктов сгорания 14 газообразных компонентов, между которыми протекает 30 обратимых химических реакций. [c.362]

Обратим внимание на то, что к. п. д. расширения учитывает также возврат части химической энергии при рекомбинации продуктов сгорания в сопле. Учет этого явления, отличающего теоретический цикл от идеального, производится путем замены показателя адиабаты процесса расширения, от которого зависит величина Tf) , показателем изоэнтропы Пиз. [c.108]

Из сказанного следует, что цикл ТРД осуществляется следующим образом (р, у-диаграмма на рис. 10-33) сжатие воздуха в турбокомпрессоре от атмосферного давления до давления р происходит по адиабате 1-2. Затем к рабочему телу подводится тепло выделяющееся при сгорании топлива этот процесс происходит при постоянном давлении (изобара 2-3). Расширение рабочего тела (воздух- -продукты сгорания) в газовой турбине и затем в реактивном сопле 3 двигателя осуществляется по адиабате 3-4 (от точки 3 до точки Ъ — отдача работы в газовой турбине, а от точки Ъ до точки 4 — ускорение потока в сопле). Цикл замыкается изобарой 4-1 при давлении, равном атмосферному. [c.347]

Линия 12 соответствует процессу сжатия (нагнетания) жидких компонентов. Ввиду пренебрежимо малого объема жидкости по сравнению с объемом продуктов сгорания и малой сжимаемости жидкости нагнетание можно считать изохорным процессом, совпадающим на графике с осью ординат. Линия 23 представляет собой процесс подвода теплоты (сгорания топлива) при р = onst. Процесс, обозначенный линией 5 ,. соответствует адиабатическому расширению продуктов сгорания в сопле. Изобарический процесс 41, условно замыкающий цикл, соответствует охлаждению газообразных продуктов сгорания, выброшенных из сопла в окружающую среду. [c.567]

На рис. 1.62 и 1.63 изображен цикл ГТУ с изобарным подводом теплоты. Он строится при следуюп1их допущениях. Рабочие тела — продукты сгорания и воздух — рассматриваются как одно рабочее тело — идеальный газ, который совершает цикл. Реальный процесс сжатия воздуха в компрессоре 1-2 рассматривается как обратимый адиабатный процесс сжатия идеального газа. Сжигание топлива в камере сгорания рассматривается как обратимый изобарный процесс 2-3 подвода теплоты к идеальному газу. Процесс расширения продуктов сгорания в турбине (истечение их из сопл) рассматривается как обратимый адиабатный процесс 3-4 расширения идеального газа. Наконец, реальный процесс охлаждения выходящих из турбин продуктов сгорания до температуры атмосферного воздуха рассматривается как обратимый изобарный процесс 4-1 отвода теплоты от идеального газа. В соответствии с указанными на рис. 1.63 обозначениями напишем выражение термического к. п. д. рассматриваемого цикла [c.90]

Цикл ГТУ при р = onst изображен в координатах р — v и Т — S (рис. 90), где линии означают следующие процессы ас — адиабатное сжатие воздуха в компрессоре ГТУ z — изобарический подвод тепла, соответствующий сгоранию топлива в камере ГТУ ze — адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах и на рабочих лопатках газовой турбины, сопровождающееся совершением полезной работы еа — изобарический отвод тепла, условно замыкающий цикл (в действительности цикл разомкнутый с выбросом отработавших газов в окружающую среду через выхлопной патрубок ГТУ). [c.208]

В состоянии, изображаемом точкой 2, камера сгорания разобщается путем закрытия клапана от диффузора и производится воспламенение топлива (при помощи электросвечи). Процесс 2—3 соответствует изохори-ческому подводу тепла к рабочему телу при сгорании топлива. По окончании сгорания топлива открывается клапан, отделяющий камеру сгорания от выхлопного сопла, и в процессе 3— 4 происходит адиабатическое расширение продуктов сгорания в сопле. Процесс 4—1 условно соответствует выбросу в атмосферу и охлаждению в ней продуктов сгорания, происходящему при постоянном давлении, равном атмосферному. [c.242]

В цикл пульсирующего реактивного двигателя входят процессы адиабатное сжатие воздуха в диффузоре, подвод тепла при постоянном объеме, полное адиабатное расширение продуктов сгорани> в сопле двигателя и изобарное отнятие от них тепла в атмосфере. [c.462]

Участок 7—2 соответствует процессу адиабатического сжатия набегающего потока воздуха в диффузоре, участок 2—5—процессу подвода теплоты при сгоравии топлива, участок 3—4 — процессу адиабатного расширения продуктов сгорания в сопле, участок 4—/ — изобарическому охлаждению удаленных в атмосферу продуктов сгорания до температуры окружающей среды. [c.83]

Следует заметить, что в реальных услювиях и процессы сжатия воздуха в нагнетателях и расширения продуктов сгорания в соплах турбины протекают не адиабатно, а политропно, что видоизменяет и графическое отображение циклов, и выведенные формулы. Рассмотрим реальный цикл газотурбиннюй устаюовиси без регенера Ции тепла отработавших газов. [c.104]

Теоретический цикл прямоточного ВРД представлен в р — у-диаграмме нг рис. 5.24. Линия 1—2 соответствует процессу сжатия, линия 2—3— изобарическо му процессу подвода теплоты при сгорании топлива, линия 3—4 — адиабатическо му расширению продуктов сгорания в сопле, линия 4—1 — охлаждению удаленньп в атмосферу продуктов сгорания. [c.160]

После рассмотрения работы воздушно-реактивного двигателя изучим его /7гг -диаграмму. Будем считать, что процесс нарастания давления в диффузоре (от I—I до II —II) является адиабатическим (адиабата v4С на рис. 9.6, а). Подвод теплоты Q происходит в камере сгорания при постоянном давлении Рс = р (линия Z на рис. 9.6, а). Процесс расширения газовой смеси продуктов сгорания в сопле (от III —III до ГУ—IV) также будем считать адиабатическим (линия ZEна рис. 9.6, а), а отвод теплоты Qa с потоком продуктов сгорания — условно изобарическим (линия ЕА на рис. 9.6, а). [c.114]

На рис. 4.3 показана качественная картина процесса расширения продуктов сгорания при регенерации теплоты из сопловой части камеры сгорания. Как можно видеть, в этом случае несколько повышается энтальпия в камере сгорания и соответственно температура горения. Процесс расширения с отводом тепла протекает с уменьшением энтропии и температуры на срезе сопла. Крше того, несколько ниже будет и. энтальпия истекающего потока. Приведенная на рис.4.3,а энергетическая балансовая диаграмма наглядно показывает рЕюпределе-ние и использование энергии. Следует отметить, что достаточно подробное исследование регенеративного цикла проведено в свое время [c.98]

Результаты расчетов величин АЦз и А/3 по соотношениям (8.1) и (8.2) приведены на рис. 8.11-8.15 и показывают влияние отмеченных выше параметров реактивного сопла [13]. Расчеты показали, что скорость звука в критическом сечении сопла при замороженном процессе расширения продуктов сгорания превышает скорость звука при равновесном расширении. Это приводит при фиксированной плогцади критического сечения к увеличению секундного расхода газа через сопло при замороженном течении, и это увеличение начинает становиться значимым при температуре торможения на входе в критическое сечение сопла 7"ос > 1500 К (величина АЦз становится больше 0,001, рис. 8.11а, б). [c.357]

Работу ракетного двигателя можно представить в виде последовательности квазиравновесных процессов, таких как нагревание топлива, его горение, расширение продуктов сгорания до давления истечения из сопла. Особенность их состоит в зависимости химического состава продуктов сгорания от условий проведения процесса. Термодинамика позволяет рассчитать равновесный молекулярный состав газов на каждом из этапов работы двигателя, если известны необходимые свойства исходных веществ и продуктов сгорания. В итоге удается отделить термодинамические задачи от газодинамических и оценить удельную тягу двигателя при заданном топливе или, не прибегая к прямому эксперименту, подобрать горючее и окислитель, обеспечивающие необходимые характеристики двигателя. Другой пример — расчет электропроводности низкотемпературной газовой плазмы, являющейся рабочим телом в устройствах для магнитно-гидродинамического преобразования теплоты в работу. Электропроводность относится к числу важнейших характеристик плазмы она пропорциональна концентрации заряженных частиц, в основном электронов, и их подвижности. Концентрация частиц может сложным образом зависеть от ис- ходного элементного состава газа, температуры, давления и свойств компонентов, но для равновесной плазмы она строго рассчитывается методами термодинамики. Что касается подвижности частиц, то для ее нахождения надо использовать другие, нетермодипамические методы. Сочетание обоих подходов позволяет теоретически определить, какие легкоионизирующиеся вещества и в каких количествах следует добавить в плазму, чтобы обеспечить ее требуемую электропроводность. [c.167]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...