Демонстрация и анализ процесса по Р-Т диаграмме

В этом случае изменение внутренней энергии системы запишется в виде:

,

где Р, х — деформационный потенциал и сопряженная координата соответственно: Р – соответствует давлению, х – удельному объему.

- разнородные изменения, включая и термические, которые неизбежно происходят в системе под действием деформационного потенциала.

Реакция системы на неравновесное деформационное воздействие (обусловленное разностью давления в системе и в окружающей среде) будет неизбежно иметь термодефор­мационный характер, т.е. изменению подвержена и термическая координата – энтропия.

Термодеформационное взаимодействие связано с агрегатными измене­ниями, что вызовет в системе последовательный ряд процессов, приводящих к переводу жидкости в перегретое состояние, к распаду первоначально гомогенной системы на разно­родные части.

Так как ТС после снятия изоляции по деформационному воздейст­вию становится открытой и обменивается с окружающей средой массой,т.е. изменяется удельный объем, неизбежен переход рабочего тела в гетерогенное состояние, т.е. формирование во внутренних полостях гидравлического тракта расширяющейся двухфазной среды и двух­фазного потока со всеми присущими им особенностями.

Характерной открытой ЖТС является ДУ с ЖРД мно­гократного включения.

На стационарном режиме работы двигателя жидкие компоненты (рабочее тело), за­полняющие полости гидравлических трактов, изолированы от окружающей среды, но на переходных режимах: на запуске и при останове, когда срабатывают пуско-отсечные агрегаты автоматики, параметры окружающей среды неизбежно в силу разности деформационных потенциалов через неравновесное взаимодействие определяют физические особенности и саму возможность реализации целого ряда процессов в под­системе: гидравлический тракт - жидкость.

На запуске результатом взаимодействия ЖТС с окружающей средой является форми­рование в гидравлическом тракте двухфазной структуры, представляющей собой вскипаю­щий поток, чаще всего поток жидкости с примыкающей к жидкостному фронту паровой "пробкой". Возможны и более сложные структуры, например, с разрывами потока в области местных гидравлических сопротивлений. Образование твердой фазы в выходном сечении канала, если истечение происходит в среду с давлением ниже давления в тройной точке жидкости, зависит от начальных условий процесса (в основном от тепловой обстановки в области истечения, т.е. от баланса мощностей стоков тепла и притоков) и от теплофизических свойств жидкости.

Более разнообразны процессы при останове ЖРД, особенно если для подготовки ма­гистралей к повторному запуску не применяется продувка. Следует отметить, что продувка решает проблему повторного запуска, но ограничивает число запусков и ухудшает энерго-массовые характеристики системы. Продувка увеличивает побочные реактивные силы, существенно сужает возможности рационального использования остатков жидкого компонента (они просто выдуваются за борт), формирует дальнобойные газокапельные струи (факелы выбросов), неизбежно взаимодействующие с поверхностями инфраструктуры KA, что в ряде случаев (например, для крупных KK) может привести к интенсификации динамических и загрязняющих эффектов. Можно сказать, что продувка решает одни проблемы и порождает другие.

Иным решением, обеспечивающим повторные запуски ЖРД в условиях вакуума без ограничения их кратности, является целенаправленное использование энергетических возможностей системы: гидравлический тракт (его тепловое состояние) - жидкий компонент - окружающая среда в сочетании с частными техническими решениями.

Физические процессы, протекающие после сообщения полостей гидравлического тракта с окружающей средой (вакуумом) являются подготовительными для повторного запуска ЖРД и составляют существенную часть комплекса процессов последействия, характерных для взаимодействия любой открытой ЖТС с окружающей средой.

При коротких паузах между включениями доминирующее значение приобретают процессы, связанные со вскипанием, дегазацией жидкости, формированием двухфазных по­токов (многокомпонентных сред), течением и истечением образовавшихся двухфазных сред через отводящие дренажные каналы и на­садки. Характерными процессами в этом случае являются нестационарный теплообмен со стенками гидравлического тракта (т.е. съем аккумулированной теплоты), формирование диабатных разнонапорных двухфазных потоков, так как движущие напоры формируются на уровне давления насыщенных паров жид­кости, течение потоков по гидравлически сложным и неоднородным в тепловом отношении трактам.

При длительных паузах между включениями существенное значение приобретают процессы трансформации остатков жидкого топлива в полостях гидравлических трактов: испарение, замораживание при испарении, сублимация отвердевших остатков, миграция по трубопроводам и аккумулирование паров на холодных поверхностях (наружных и внутренних). Могут возникнуть проблемы, связанные с негерметичностью клапанов.

Проведенные исследования по патентным источникам информации позволяют выявить ряд технических решений по обеспечению повторного запуска ЖРД в условиях вакуума и преодолению практических проблем, возникающих при организации этого режима работы ЖРД, связанных с двухфазными потоками.

Например, для борьбы с гидроударами в магистралях предлагается осуществлять газонасыщение компонента. Газонасыщение происходит при длительном контакте компонента с газом наддува, в том числе и через разделительные устройства. Последствия газонасыщения проявляются при повторном включении ЖРД, т.к. при течении компонента по сообщающемуся с окружающей средой трубопроводу происходит дегазация жидкости, возникают парогазовые пробки, т.е. формируется пробковая или другая крупномасштабная структура двухфазного потока. Это может иметь как положительный эффект, например, интенсифицирующий процесс самоопорожнения,так и отрицательный, в зависимости от того, где образовались разрывы потока.

Мы рассмотрели генерацию двухфазных потоков во внутренних полостях агрегатов и трубопроводов ДУ с ЖРД. Рассмотрим образование двухфазных потоков в стендовых криогенных трубопроводах.

Дата добавления: 2014-01-07