Файл: Термодинамические основы теории тепловых машин учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 120

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

равен расходу газов из сопла, то в камере поддерживается постоян­ ное повышенное давление.

Рабочий процесс ЖРД можно рассмотреть по термодинамиче­ скому циклу, представленному на рис. 90 в координатах р—ѵ. При­

нимая удельный объем топлива пренебрежимо малым, исходное состояние одного килограмма топлива определим точкой 1, лежа­ щей на оси давлений (ѵ\ = 0, р\ =і р0).

Жидкие компоненты подаются в камеру сгорания под давле­ нием. Поскольку жидкости практически несжимаемы и Ѵ\ =>0, то работа сжатия и выталкивания топлива равна нулю.

Состояние жидкого топлива, поступающего в камеру под давле­ нием р2 , характеризуется точкой 2, лежащей на оси давлений. Ли­ ния 2—3 изображает процесс в камере сгорания. Этот процесс ха­ рактеризуется подводом тепла при р —'const. Процесс заканчивает­ ся в точке 3. Линия 3—4 соответствует расширению газа в сопле при истечении. Давление газа в процессе истечения понижается до величины рі =. р\ =! PO­

ES идеальном цикле процесс истечения принимается адиабати­ ческим.

Таким образом, идеальный цикл Ж РД изображается двумя изо­ барами 2—3 и 4—1, изохорой 1—2 и адиабатой 3—4. Работа такого цикла соответствует площади 1—2—3—4— 1 и определяется по уравнению сохранения энергии (170).

Ракетный двигатель твердого топлива (см. рис. 89, б) состоит из заряда твердого топлива 6, находящегося в камере сгорания 4, и реактивного сопла 5, через которое вытекают газы, образующиеся при сгорании топлива. Величина давления газов в РДТТ зависит от отношения площади поверхности горения к площади сечения гор­ ловины сопла. Поэтому зарядам топлива обычно придается такая форма, чтобы по мере выгорания топлива площадь горения суще­ ственно не изменялась. В этом случае термодинамический цикл РДТТ приближается к циклу ЖРД со сгоранием при р = const.

217

Вкачестве топлив для РДТТ применяются баллиститные пороха или смесевые твердые топлива. Баллиститный порох представляет собой гомогенную смесь окислителя и горючего и состоит в основ­ ном из коллоидальной смеси нитроцеллюлозы и нитроглицерина.

Всмесевом топливе окислитель и горючее представляют .собой механические смеси, тщательно перемешанные между собой. Такие составы позволяют снаряжать камеры сгорания методом заливки и тем самым использовать само топливо для защиты стенок камеры сгорания от воздействия высоких температур и снизить ее вес.

Показатели реактивных двигателей

Основным показателем реактивного двигателя является тяга R, представляющая собой равнодействующую сил давления газов на внутреннюю поверхность двигателя. Она может быть найдена инте­ грированием поля давлений по внутренней поверхности двигателя.

Однако проще величину силы тяги определить из уравнения со­ хранения количества движения. Рассмотрим более общий случай течения газо-воздушного потока по внутреннему тракту воздушнореактивного двигателя. Выделим сечениями 1—1 и 2—2 (рис. 91, а) некоторый объем газа и составим применительно к нему уравнение количества движения (171).

Рис. 91

Внешними силами, действующими на рассматриваемый поток в направлении оси х—х, являются:

— сила воздействия двигателя на внутреннюю протекающую че­ рез него часть потока, равная по величине и обратная по направ­ лению силе тяги R\

218

—сила давления на торцевую поверхность 1—1, равная произ­ ведению давления внешнего невозмущенного потока на площадь этой поверхности p \ F \ ,

—сила давления на торцевую поверхность 2—2, равная произ­ ведению давления в выходном сечении реактивного сопла на его площадь pvF-j.

Вызываемое перечисленными силами изменение количества дви­ жения массы воздуха, протекающего за одну секунду между сече­ ниями 1—1 и 2—2, можно представить как

G.,w 2 —0]Щ) = $ ( G w ) .

Полагая расход воздуха G( через сечение 1—1 равным расходу газов G2 через сечение 2—2, получим

(AGro),_2 = G (да2 — wx).

Тогда уравнение сохранения количества движения запишется в сле­ дующем виде:

R + P i F i

p 2F , = G ( w z - w v).

Откуда искомая тяга двигателя будет равна

R = G K -

+

(207)

Для ракетного двигателя (рис. 91,6) w\ — 0 и Fi=:0, поэтому

Fl = G w 2 + poF-,.

(208)

Для сравнительной оценки реактивных двигателей используется удельный показатель — удельная тяга или удельный импульс, под которым понимается отношение тяги двигателя к расходу воздуха (газов), а для ракетных двигателей — отношение тяги к расходу топлива.

§ 4. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС СТРУЙНОГО КОМПРЕССОРА (ЭЖЕКТОРА)

Вследствие простоты устройства, компактности и надежности работы эжекторы находят широкое применение в боевых машинах.

В компрессоре такого типа (рис. 92, а) сжатие и перемещение одного (так называемого эжектируемого) газа достигаются за счет энергии вытекающего из сопла с большой скоростью другого (так

называемого эжектирующего) газа.

Передача части кинетической энергии эжектирующего газа эжектируемому осуществляется в процессе их смешения в специ­ альной камере. Из камеры смешения смесь газов поступает в диф­ фузор, в котором за счет уменьшения скорости потока повышается

давление.

Эжектируемый газ подсасывается из приемной камеры.

219

В соответствии с уравнением количества движения (171)

 

OjTO) ~j- G 2w s G3w3 = p 3f 3 Pzfi

Pifxi

где

и G3,w3 -секундные расходы

и

скорости дви­

 

 

жения соответственно

эжектирующе-

 

 

го газа, эжектируемого газа и их сме­

 

 

си;

 

 

 

 

/з и Л

-площади

указанных на схеме сечений;

 

/ і

— площадь

выходного

сечения сопла;

 

Р ; г Р - ” Р і

~~ давления

газов в этих

сечениях.

220

В рассматриваемой

схеме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рз= Рі = Рх

p2l£>2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PiWifi !■hwlft

Рз“>з/з =

p,f, - р 2(/, + / 2) =

(р., ~

}?.,)/,

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Р з -

^ ) / з

=

Р і ^ і / і

+

(Р г^ і/ а -

- ^ р / з ) -

РзИ'з/я-

 

После

введения

характерных

величин ( — = /и — масштаб

 

С

 

q —коэффициент эжекции; — — А;

0

= h —

эжектора; — =

Р'^’*

 

° i

напор

 

 

 

 

 

Pi

 

2

 

скоростной

эжектирующего; газа) и соответствующих

преобразований

получим уравнение

К. К. Баулина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 + (?) . ( 1 +

1 )

 

Ра — /У _

2

 

т — 2

 

 

 

 

д

(209)

 

А

 

т

 

т (т — I)2

 

да2

 

 

 

 

 

 

 

Полученное уравнение справедливо для динамически идеально­

го газа при отсутствии диффузора.

 

 

 

 

 

Так как вследствие

трения

в камере смешения часть

напора

Лтр = Е.

2

теряется,

а вследствие

торможения газовой

смеси

 

Т р ’

 

 

 

 

 

Ад = срд РзГОз

 

 

 

 

в диффузоре

часть

напора

восстанавливается, то

+

Pa^s/a“

РвО»з/з =(P3-Px)fs —

 

/з

Р8Шз

Рз®3

 

 

чтр '

 

где срд — коэффициент восстановления диффузора; Етр — коэффициент трения.

После соответствующих преобразований имеем

^p — l ___ 'ILZ'JL- . qL.

— 2 ~~ Уд +

• (1 -f- g) • (1 + -)■ (210)

/г

/п

т ( т — I)2

А

гп2

 

А

В

этом

уравнении

А р = р3 — рх— разрежение,

создаваемое

эжектором при wx = 0.

Ар Решение уравнений (209) или (210) относительно —— при

различных значениях q позволяет получить характеристику эжекто-

221

ра (рис. 92,6). Рабочий режим эжектора соответствует точке пере­ сечения характеристики эжектора и характеристики сети Нс =~f(q). Строго говоря, при изменении q величины срд и ?т не остаются по­

стоянными.

Задача еще более усложняется применительно к пульсирующе­ му эжектору, в котором развитие процесса эжекции обусловлено активным воздействием эжектирующего газа, инерцией эжектируемого газа и обратными токами.

Произведение координат безразмерной характеристики эжекто-

Др

0 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

ра —— • —~

определяет к. п. д. эжектора. Величина последнего

 

h

О,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10%.

 

 

сравнительно невелика и обычно не превышает

 

 

 

 

 

 

 

 

Л И Т Е Р А Т У Р А

 

 

 

 

 

 

1.

В У К А Л О В И Ч

М . П . ,

Н О В И К О В

И .

И .

Т е х н и ч е с к а я т е р м о д и н а ­

м и к а , Г о с э н е р г о и з д а т ,

1 9 6 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 .

Д Р Ы Ж А К О В

Е .

В . ,

К О З Л О В

Н .

П „

К О Р Н Е Й Ч У К

Н . К . .

К О Ф А Н О В

В .

И . ,

К Р У Т О В

В .

И . ,

Ю Д А Е В

Б .

 

Н . Т е х н и ч е с к а я т е р м о ­

д и н а м и к а , « В ы с ш а я ш к о л а » , 1 9 7 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 .

К И Р И Л Л И Н В .

А . , С Ы Ч Е В

 

В . В . ,

Ш Е Й Н Д Л И Н

А .

Е . Т е х ­

н и ч е с к а я т е р м о д и н а м и к а . « Э н е р г и я » , 1 9 6 8 .

 

 

 

 

 

 

 

 

4 .

К О З Л О В А .

Г „

 

К О К И Н А .

Г . ,

Л Я Х О В М .

И . , Ю Ш И Н

С . И .

 

К у р с

л е к ц и й п о т е х н и ч е с к о й

т е р м о д и н а м и к е ,

и з д .

а к а д е м и и

Б Т В ,

1 9 6 1 .

5 .

Л И Т В И Н

А .

М .

Т е х н и ч е с к а я т е р м о д и н а м и к а ,

Г о с э н е р г о и з д а т ,

1 9 6 3 .

6 .

С Т Е П А Н О В

Г .

Ю . О с н о в ы т е о р и и л о п а т о ч н ы х м а ш и н , к о м б и н и р о в а н ­

 

н ы х и г а з о т у р б и н н ы х д в и г а т е л е й , М а ш г и з ,

1 9 5 8 .

 

 

 

 

7.

Б У Р Д У Н Г .

О .

С п р а в о ч н и к п о м е ж д у н а р о д н о й с и с т е м е е д и н и ц ,

и з д - в о

 

с т а н д а р т о в ,

1 9 7 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и л о ж е н и я

Приложение 1

Таблица соотношений единиц измерения некоторых физических величин

С о о т н о ш е н и е м е ж д у е д и н и ц а м и

Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и и

 

с и с т е м ы М К Г С С и с и с т е м ы СИ

 

 

 

М а с с а

 

1

кгс сек 2,м = 9 , 8 0 6 6 5

кг

У г л о в а я с к о р о с т ь

1

об !мин = —

р а д е

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

С и л а

 

1 кгс = 9 , 8 0 6 0 5

Н

 

 

 

П л о т н о с т ь

 

1

кгс сек- л* =

9 , 8 0 6 6 5

к г ім 3

У д е л ь н ы й

в е с

1

KZcjM:>= 9 , 8 0 6 6 5

НІм1

М е х а н и ч е с к а я р а б о т а

1

к гем = 9 , 8 0 6 6 5

Д ж

 

М о щ н о с т ь

 

1

кгем іеек = 9 , 8 0 6 6 5

В т

 

1

л.с. = 7 3 5 , 4 9 9 В т

 

 

 

 

 

 

Д а в л е н и е

 

1

кгс,м '1 = 9 , 8 0 6 6 5 H

j M

2 \ І 1 а \

 

1

м м pm. cm. = 1 3 3 , 3 2 2 / / / м 2

 

 

Т е п л о т а

 

1 к к а л = 4 , 1 8 6 8 - 1 0 э Д ж

М а с с о в а я

т е п л о е м к о с т ь

1

ккал / кг-гр ад = 4 , 1 8 6 8 - 1 0 :Д э « / ( / с г - К )

Э н т р о п и я

 

1

кк а л ігр а д =

4 , 1 8 6 8 - 1 0 3 Д ж \ К

Смотрите также файлы