Особенности течения продуктов сгорания по соплу РДТТ

Тема 7. Течение продуктов сгорания в соплах РДТТ.

Лекция 9

- Особенности течения продуктов сгорания по соплу РДТТ;

- основные уравнения, описывающие одномерное двухфазное течение продуктов сгорания;

- особенности расчета двухфазных течений в соплах РДТТ;

- профилирование сопел РДТТ;

- расчет потерь тяги и удельного импульса в соплах РДТТ.

1. Газовая динамика РДТТ характеризуется разнообразием физических явлений, взаимовлиянием различных процессов.

2. Если рассматривать сопло в общем виде (дозвуковое, трансзвуковое и сверхзвуковое) с места перехода от цилиндрической обечайки камеры сгорания к сужающейся части, направленной в сторону критического сечения и в дальнейшем расширяющейся к срезу, то можно в этой зоне выделить существенные особенности течения:

· Течение трехмерное, нестационарное, двухфазное.

· Наличие утопленного сопла приводит к пересечению потоков, их слиянию и образованию разделительных линий.

· Свободный объем постоянно увеличивается, что приводит к изменению граничных условий.

· Частицы взаимодействуют при течении по соплу друг с другом: коагуляция и дробление.

· Вблизи заряда частицы еще не сформировались и выносятся потоком в виде агломератов.

· Органы управления вектором тяги делают картину течения нестационарной и трехмерной с образованием характеристик и скачков уплотнения газового потока.

· В процессе работы двигателя разгораются стенки сопла как в дозвуковой, так и в сверхзвуковой части. Особенно подвержены разрушению:

- лобовая часть утопленного сопла;

- закритическая область;

- концевая часть сопла.

· Летящие по инерции частицы оседают в дозвуковой области, образуя значительные скопления вблизи среза сопла, разрушая его. В первом случае в пазухах скапливается до 100 кг окислов металлов и теряется удельный импульс тяги; во - втором: степень расширения сильно увеличивается и также теряется удельный импульс тяги.

· В соплах могут возникать, так называемые отрывные зоны и зоны сложных ударных волн.

· Течение в соплах сопровождается физико-химическими процессами, так как углерод, основной компонент сопла, реагирует с продуктами сгорания твердого топлива.

· Задача течения является сопряженной и должна решаться совместно с задачей тепломассообмена.

· Течение является вязким и теплопроводным.

· Геометрическая форма заряда (звезды, щели, зонтики) существенно влияет на формирование пространственных течений.

· Использование двухсоставных зарядов из перспективных топлив вносит свои особенности в течение. Оно становится двухслойным, стратифицированным.

3. Очевидно, что решение газодинамической задачи в полной постановке сопряжено с колоссальными трудностями, которые частично преодолеваются численно с использованием сложных электронно-вычислительных методов.

4. В настоящее время составлены большие комплексы для решения таких задач и они, в общем, позволяют это сделать. Однако при проектировании реальных двигателей эти программы используют лишь для поверочных расчетов.

5. Выбор облика, назначение прототипа, определение основных размеров всегда осуществляется более простыми способами. Задача по – возможности упрощается, локализуется, а затем ее результаты уточняются.

6. Способы упрощения задачи:

- переход на другую размерность (осесимметричная, плоская постановка) и новым координатам (сферические, цилиндрические);

- отбрасывание нелинейных членов;

- отбрасывание неудобных членов для решения, если это позволяют оценки, показывающие их точность по отношению к другим;

- неучет вязкости, теплопроводности – переход к понятию пограничного слоя. Задача разбивается на две (у стенки и в ядре);

- замена сложных членов их аппроксимациями.

7. Используется метод последующего уточнения:

· решается газодинамическая задача без частиц;

· решается на этой базе уравнение пограничного слоя;

· в полученном газовом поле решается траекторная задача движения частиц;

· определяются интегральные параметры движения частиц и плотности тока;

· определяется разгар сопла;

· в измененном контуре опять определяется газовое поле, и процедура повторяется;

· методом итераций, или пошаговым методом рассчитывается весь газодинамический процесс и на его базе – весь процесс тепломассообмена.

Дата добавления: 2014-01-07