Равновесное и неравновесное расширение продуктов сгорания

РАВНОВЕСНОЕ И НЕРАВНОВЕСНОЕ РАСШИРЕНИЕ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ [c.71]

Фиг. 37. Равновесное и неравновесное расширение продуктов сгорания.

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]

Удельная тяга может быть значительно повышена путем правильного выбора необходимой степени расширения, т. е. соответствующей геометрии сопла. Об этом выигрыше можно судить по данным, приведенным на фиг. 9. 7. При увеличении степени расширения от 10 до 100 удельная тяга возрастает более чем на 30%. Это происходит главным образом благодаря увеличению возможностей рекомбинации продуктов сгорания при расширении их в сопле. Для того чтобы проиллюстрировать это влияние, расчеты производились только при двух крайних предположениях предельно равновесного и предельно неравновесного ( замороженного ) истечения. Из фиг. 9.7 видно, что разница в величине удельной тяги для этих двух случаев возрастает с увеличением степени расщирения. [c.584]

Рассмотрим влияние колебательной неравновесности на параметры течения в сопле и потери удельного импульса на примере расширения продуктов сгорания топлива ( Hз)2NNH2+N204. На рис. 5.6 представлены зависимости относительных колебательных температур различных компонентов от относительного радиуса сопла г = г/г при различных значениях параметра о]) и коэффициенте избытка окислителя а=1,2. Видно, что по мере уменьшения параметра колебательные температуры компонентов все более отклоняются от равновесных и при достаточно малых значениях о]) и больших степенях расширения могут даже замораживаться. Чем меньше значение г]), тем ближе к критическому сечению происходит отклонение колебательных температур от равновесных значений. При уменьшении о]) наиболее отклоняются от равновесных значений колебательные температуры Нз, N0, N3 и СО. Например, если при 1 1 = 6,25-10 Па-мм колебательные температуры СО2 и Н2О близки к равновесным значениям, то колебательная температура СО при =10 превышает равновесное значение более чем в J,5 раза. [c.201]

Требование бесконечно медленного протекания процесса для его обратимости возникает и из других соображений. Уравнение состояния ру = НТ характеризует, очевидно, некоторое равновесное состояние рабочего тела, при котором давление и температура газа по всему объему одинаковы. Очевидно также, что к неравновесному состоянию газа, которое будет всегда реализоваться при конечных скоростях расширения газа, нельзя применить, строго говоря, уравнение состояния pv = RT, ибо давление и температура газа в каждой точке объема будут иметь различные значения. Любой процесс, происходящий с газом, есть нарушение равновесного состояния но если процесс вести бесконечно медленно (так, чтобы давления и температуры успевали выравниваться по всему объему газа при переходе от одного равновесного состояния к другому, чрезвычайно близкому к нему состоянию), то его можно представить состоящим из совокупности бесконечного числа близких равновесных состояний. Итак, необходимым условием обратимости процесса является условие равновесности. Кроме того, должно отсутствовать трение, так как часть работы газа затратится на преодоление трения, и внешняя система получит меньше работы, и, наконец, природа газа не должна меняться в процессе. Например, если в процессе 1-2 произошло горение рабочего тела, то при этом изменится его газовая постоянная с на R, так как состав продуктов сгорания иной, чем состав свежей смеси. Будем осуществлять процесс 2-1 бесконечно медленно. Придя в точку 1, получим у газа те же параметры р и Ух, что и до протекания процесса, но температура его уже не будет прежней, равной Т . Действительно, написав уравнение состояния для первоначального состояния рабочего тела [c.112]

Реальный процесс истечения высокотемпературного газа из реактивного сопла, сопровождаемый неравновесным протеканием химических реакций, располагается между рассмотренными двумя предельными случаями течения, а газодинамические характеристики реального сопла — между величинами, соответствуюгцими двум этим предельным случаям, т. е. потери импульса и тяги в химически неравновесном течении будут больше, чем для равновесного расширения, но меньше, чем для полностью замороженного течения. Приведенные ниже результаты дают некоторое представление об уровне потерь тяги или импульса сопел, связанных с химической неравновесностью течения, находягцегося между равновесным и замороженным, и о влиянии параметров торможения потока на входе в сопло, геометрии сопла, состава продуктов сгорания и т. д. на величину этих потерь [13]-[15], [19], [64], [65], [71]. [c.348]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...