Радиационный теплообмен в ракетных двигателях

В высокотемпературных продуктах сгорания топлив ракетных двигателей происходят процессы переноса энергии в форме излучения - атомно-молекулярного перехода части внутренней энергии вещества в поток фотонов, являющимся электромагнитным излучением различной частоты. Электромагнитное поле взаимодействует с атомами и молекулами вещества и энергия излучения переходит в энергию их теплового движения.

В газовой фазе продуктов сгорания источником излучения является изменение внутренней энергии при колебательно-вращательных переходах - при переходах молекул из одного энергетического состояния колебательного движения в другое. При Т<4000К большая часть энергии излучения приходится на инфракрасную область (длина волны λ=0,7...420мкм), а меньшая часть - на видимую область (λ=0,4...0,7мкм). Основную роль в излучении играют колебательно-вращательные переходы двух- и трехатомных молекул СО₂ и Н₂О.

Двухфазный поток продуктов сгорания металлизированных топлив является излучающей, поглощающей и рассеивающей средой. Основным является излучение жидких частиц окиси алюминия, имеющее непрерывный спектр.

Поглощение излучения (преобразование поступающей энергии излучения с частотой ν в другие формы энергии или излучение с другой частотой) происходит на частицах окиси алюминия и трехатомных молекулах газовой фазы продуктов сгорания. Рассеяние излучения (потеря энергии из-за отклонения падающего луча в другие направления в оптически неоднородных средах) происходит на частицах окиси алюминия с размерами одного порядка, что и длина волны излучения.

При переходе от точки к точке пространства интенсивность излучения непрерывно меняется вследствие одновременно протекающих процессов поглощения, излучения и рассеяния, как показано на рис.8.1.

В реальных условиях радиационного теплообмена отсутствует равновесие между излучением и веществом, тогда отсутствует равенство между поглощаемой и испускаемой энергией элементарного объема. Обычно принимают гипотезу локального термодинамического равновесия - существует равновесие между элементарными частицами вещества в каждой точке объема при отсутствии равновесия между веществом и излучением.

Рис.8.1. К балансу лучистой энергии элементарного объема: 1 - поток излучения, падающий на объем в направлении s; 2 - поток излучения, пропущенный в направлении s; 3 - часть падающего потока излучения, поглощенная в объеме dV; 4 - часть падающего потока излучения, рассеянная в объеме dV; 5 - поток излучения, падающий на объем dV с направления и

Дата добавления: 2014-01-11