ность охлаждения элементов конструкции от интенсивности впрыска воды, проанализируем полученный по экспериментальным данным график зависимости эффективности охлаждения от температуры поверхностного слоя охлаждаемой стенки (рис. 3.14).

Ьтсечка тяга гашением I

30 % i -Г 70 %

Охлаждение конструкции

Цель: исключить самовоспламенение заряда от излучения накопленного тепла

Интенсивность -j-[впрыска >50 кг/с время-0.003 с) Малое время

время Г а режим)

Интенсивность впрыска <3 кг/с (время >0Д с)

-[Гонкий распыл

Распыление впрысюсваемых капель в объеме камеры

Распределение

потока впрыскиваемой воды по наиболее излучающим участкам

Создание минимально Р излучающей конструкции

Сокращение поверхности ТЗП, применение торцевого заряда

Отвод деталей газового тракта от поверхности заряда

Использование для тепловой защиты материалов, минимально накапливающих тепло

Рис. 3.13. Структура задач, решаемых при отсечке тяги гашением

(7;-Гн),к

-т о 100 400

Рис 3.14. Зависимость эффективности охлаящення Эох от температуры

(Т; - температура поверхности; Гн - температура насыщения)

На графике можно выделить три характерные зоны:

I - зона, где отбор тепла от стенки происходит за счет теплопередачи к жидкой воде, имеющей большую теплоемкость;

П - наиболее эффективная зона, где охлаждение происходит за счет парообразования при непосредственном контакте воды с охлаждаемой стенкой;

Ш - зона пленочного кипения, где эффективность теплосъема резко снижается за счет образования паровой прослойки между каплями воды и стенкой, имеющей высокую температуру.

Начальный период охлаждения конструюдии соответствует П1 зоне указанного графика (ввиду высокой температуры поверхности). Если впрыск воды достаточно интенсивен, то температура тонкого поверхностного слоя охлаждаемой стенки снижается ниже температуры насыщения и дальнейший процесс охлаждения соответствует I зоне графика. При этом температура глубинных слоев охлаждаемых стенок является высокой. После окончания процесса впрыска поверхность стенок ввиду перераспределения тепла сильно разогревается, а неиспарившаяся доля (конденсированная фаза) капельной воды к этому времени уже уносится из камеры сгорания вместе со свободно истекающей парогазовой смесью. Если при охлаждении конструкции интенсивность впрыска снизить до такого уровня, чтобы температура тонкого поверхностного слоя охлаждаемых стенок не снижалась ниже значения температуры насыщения, то охлаждение будет происходить в процессе пузырькового кипения (зона П на рис. 3.14) и удельный теплосъем каплями воды с охлаждаемой поверхности будет максимален.

Изменение температуры поверхности конструкционных стенок и температуры поверхности заряда в процессе и после гашения показано на рис. 3.15.

Расчет произведен с предположением того, что доля капельной жидкости в парогазовой смеси после гашения пренебрежимо мала. На графике видно, что через 0,05 ... 0,5 с после окончания впрыска наблюдается разогрев стенки вследствие перераспределения тепла по ее толщине. В дальнейшем температура поверхности медленно падает вследствие потерь тепла на излучение в объем камеры сгорания (т.е. на нагрев заряда) и проникновения тепла в

340 330 320 310

0,001 0,01 0,1 1 Ю^с

Рис. 3.15. Характер изменения температуры стенок и температуры поверхности заряда во времени

глубь стенки. Максимум разогрева поверхности заряда излучением сдвинут вправо на 0,5 ... 3 с. В дальнейшем температура поверхности заряда падает ввиду выравнивания температуры по глубине заряда. Лучистый тепловой поток к этому времени снижается вследствие существенного уменьшения разности температур между поверхностью ТЗП и поверхностью заряда.

На рис. 3.16 представлен расчет изменения температуры поверхности конструкционных стенок и температуры поверхности заряда в процессе и после гашения с учетом того, что в газожидкостной смеси присутствует существенная доля капельной жидкости.

Повторный нагрев поверхности заряда определяется тремя факторами:

лучистьв! тепловым потоком от нагревающейся (вследствие перераспределения тепла по глубине) поверхности ТЗП;

конвективным теплообменом с газожидкостной смесью, заполняющей камеру;

перераспределением тепла по глубине заряда (емкостным охлаждением поверхности заряда).