Расчет газодинамического профиля камеры

В двигателестроении наибольшее распространение получили цилиндрические формы камер с плоской смесительной головкой. Основное достоинство таких камер - рациональное использование объема. В такой камере рабочий процесс развивается последовательно во всем объеме в виде совокупности параллельных процессов, протекающих в отдельных струях, сформированных отдельными смесительными элементами. Благодаря этому, цилиндрические камеры могут обеспечить высокую полноту сгорания, интенсивность и устойчивость протекания рабочего процесса, и надежное внутреннее охлаждение.

Для построения профиля такой камеры надо определить объем, длину цилиндрической части, диаметр камеры, форму и длину входной части сопла.

Эти параметры выбираются, как правило, на базе накопленного опыта и статистических данных с последующей экспериментальной доводкой. Однако на этапе проектирования целесообразно иметь исходную математическую формализацию расчета контура камеры.

Относительная площадь камеры сгорания:

Площадь камеры сгорания:

[м²]

Диаметр камеры сгорания:

[м] = 249 [мм]

Длина камеры сгорания:

, где [мм]

[м] = 473 [мм]

Объем камеры сгорания:

[м³]

Форма входной части сопла может быть различной. Ее можно выполнять по двум сопряженным радиусам R₁ = d_кр и R₂. С повышением р_к радиус R₂ следует брать большим – при меньшей кривизне контура входной части сопла более устойчиво сохраняется низкотемпературный пристеночный слой, т.е. теплозащита стенки будет более надежной.

При р_к =5 МПа, рекомендовано  и , откуда

[м]

Длина входной части сопла:

       

 Координаты точки сопряжения дуг окружностей R₁ и R₂:

Длина цилиндрической части камеры сгорания:

Объем входной части:

     По исходным величинам относительного диаметра , углу непараллельности β_а (обычно 2 β_а = (40⁰-50)) и среднему показателю изоэнтропы k расширения ПС в сопле находим угол касательной к контуру в критическом сечении β_m и относительную длину сверхзвуковой части сопла.

Для этого находим по методическим указаниям ближайшие значения β_m, , и по ним методом интерполирования находим нужные значения.

Принимаем 2 β_а = 20⁰, k = 1,2

β_m = 0,4887   = 3,5851     = 8,2665

β_m = 0,5143  = 4,1009     = 9,6892

Расчетные значения:

 β_m = 0,50284 = 30,12 ⁰   = 4,0618     = 9,3523

 

Определим радиус скругления угловой точки.

Относительный радиус скругления , примем =0,15.

Координаты точки сопряжения дуги окружности с контуром профиля:

Полученную точку сопрягают с точкой на срезе сопла параболой, построенной по касательным, проведенным через указанные точки. При построении профиля камеры допускается округлять размеры (исходя из технологических соображений), кроме диаметра критического сечения и углов β_m и β_a. В результате построения контура камеры сгорания и сопла получаем газодинамический профиль камеры.

 

 

Расчет смесеобразования.

Смесеобразование - это совокупность процессов распределения, ввода распыления, смешения компонентов топлива. Смесеобразование должно удовлетворять ряду требований, основным из которых, для камеры сгорания является обеспечение высокого удельного импульса. Для этого необходимо создать необходимое распределение соотношения компонентов топлива.

Смесительная головка - основное звено системы смесеобразования. При ее проектировании ставятся задачи: обеспечение высокой полноты и интенсивности сгорания топлива; создание надежного внутреннего охлаждения стенки; организация устойчивого протекания рабочего процесса на всех рабочих режимах. Все эти задачи в значительной степени решаются с помощью смесеобразования: подбором форсунок, их числом и схемой расположения, выбором перепада давления на них.

В данном проекте были выбраны струйно-центробежные форсунки. Форсунки располагаются по концентрическим окружностям. Периферийные форсунки образуют низкотемпературный пристеночный слой за счет меньшего расхода горючего, чем через форсунки ядра. Эта мера необходима для защиты огневого днища и стенок камеры от воздействия высоких температур. Однако перераспределение компонентов по сечению камеры уменьшает оптимальную величину удельного импульса. Поэтому необходимо подобрать такое распределение компонентов, которое незначительно изменяет удельный импульс и обеспечивает нормальное охлаждение камеры. Часть форсунок сделаны выступающими, создавая антипульсационные перегородки.