Система охолодження камер ЗРД

4.1. Фізична картина теплообміну в камері ЗРД

На малюнку представлено розподіл температури у системі «порожнину камери згоряння - внутрішня стінка камери ЖРД – зарубашковий простір», тобто. розглядається процес теплопередачі між газоподібною та рідкими середовищами, розділеними твердою стінкою. Умовні позначення до рис.52:

Тг, ​​Тохл, Тст1, Тст2 – температури газового потоку, охолоджувача в зарубіжному просторі та поверхонь внутрішньої стінки, відповідно, К;

Wг та Wохл – швидкості теплового потоку та охолоджувача, відповідно, м/с.

qΣ - сумарна щільність газового потоку, що впливає на внутрішню стінку камери згоряння, Вт/м 2 ;

αг – коефіцієнт тепловіддачі газу до внутрішньої стінки камери ЖРД, Вт/м 2 ·К.

Рис.52

Розподіл температури у камері ЗРД

У початковий момент часу при запуску двигуна температура внутрішньої стінки з боку газу та охолоджувача змінюються з часом; причому темп зміни температур може бути неоднаковий.

Такий тепловий режим називається нестаціонарним або таким, що не встановився.

Через деякий період часу настає встановлений (стаціонарний) режим, який характеризується сталістю параметрів (Тст1, Тст2) аналізованого процесу (при незмінних режимних параметрах теплообміну qΣ, Тг і Тохл).

Сумарна щільність теплового потоку, що сприймається внутрішньою стінкою камери ЗРД, може бути визначена таким чином:

,

де: qк і qл – щільності теплового потоку, що сприймаються внутрішньою стінкою камери ЗРД, зумовлені явищами конвекції та променистого теплообміну, відповідно.

,

де: Сn - наведений коефіцієнт променевипускання.

.

4.2. Розподіл густини теплового потоку

по довжині камери ЗРД

Розмір щільності теплового потоку та її розподіл за довжиною камери ЖРД переважно визначається такими параметрами, рис.53:

Мал.53

Зміна параметрів газового потоку за довжиною камери ЗРД

- температурою газу Тг;

- Швидкістю газового потоку Wг;

- Щільністю газу ρг;

- площею поперечного перерізу камери F.

Величина конвективної складової щільності теплового потоку qк в основному визначається масовою швидкістю робочого тіла (Wг·ρг) та величиною площі поперечного перерізу (F):

.

Величина конвективної складової щільності теплового потоку qк в основному визначається масовою швидкістю робочого тіла (Wг·ρг) та величиною площі поперечного перерізу (F):

.

Величина променистої складової густини теплового потоку залежить від температури газового потоку Тг:

.

Як видно з рис.53, максимальне значення сумарної щільності теплового потоку qΣ max спостерігається в зоні критичного перерізу сопла і в деяких випадках зазначена величина може досягати 60 МВт/м 2 , що визначає необхідність створення ефективного теплового захисту.

4.3. Класифікація систем охолодження ЗРД

Проточне охолодження- це охолодження елементів, за рахунок обтікання поверхні нагрівання охолоджувачем із зовнішнього боку.

При автономному охолодженніохолоджувач після відбору тепла із зовнішньої сторони стінки направляється не в камеру згоряння, а відводиться до інших елементів або вузлів (схема ЗРД з газифікацією охолоджувача в зарубіжному просторі).

При регенеративному охолодженніяк охолоджувач використовується один зкомпонентів палива, який після проходження по зарубашковому просторі прямує в камеру згоряння.

При радіаційному охолодженнівідведення тепла із зовнішнього боку

елемента здійснюється з допомогою випромінювання.

На рис.54 представлена ​​класифікація систем охолодження РРД.

Мал.54

Класифікація систем охолодження ЗРД

4.4. Вимоги до зовнішнього

Основна вимога, що забезпечує створення ефективного зовнішнього охолодження, може бути сформульовано наступним чином:

де: - дійсна та допустима температура охолоджувача, відповідно.

Розмір вибирається з наступних умов:

---