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高焓气体发生器焚烧室热防护规划

【摘 要】 高焓气体发生器是为高焓风洞供给高焓气源的设备,为了进步焚烧室的强度寿数,削减高温暖流对焚烧室的焚烧室的影响,需求依据焚烧室的热环境对其进行热防护规划。本文剖析了几种常见的焚烧室热防护办法,并对根本热防护规划计划进行了总结概括。
  【关键词】 焚烧室热防护 高焓气体发生器 热防护办法
  1 前语 热环境
  依据化学平衡计算结果,单纯燃料的分化温度可达1600k,经过弥补氮气掺混后其平衡温度为1170k左右。
  焚烧产品以很高的速度流过喷管。在此过程中,焚烧室单位时刻、单位体积内能够发生很大暖流量,传给焚烧室壁面的暖流量在临界截面处高达(2-6)x10^7kcal(m^2.h),可是室壁答应经过的暖流量却小得多,若不采纳必要的防护办法,室壁温度将会敏捷进步,室壁的强度也会敏捷下降,使得即便最耐热的资料也或许失掉牢靠作业的有必要强度。因而,焚烧室热防护是有必要处理的一个重要问题。
  2 热防护办法
  焚烧室热防护的有许多品种,大致可分为:外冷却,内冷却,容热式冷却,隔热式冷却,烧蚀式冷却。而大大都热防护的办法都是以冷却为根底的。
  在选用外冷却的焚烧室中,燃气传递给焚烧室室壁的热量,由焚烧室室壁传递给液体或气体冷却剂,或许直接向周围空间辐射。外冷却中的对流冷却是靠流经冷却通道的冷却剂经过对流换热进行外冷却,首要包含再生冷却和排放冷却。
  再生冷却焚烧室室壁由内、外两层壁面构成,冷却剂经由集液器进入冷却套,对焚烧室内壁进行对流冷却。www.seunghunhome.com一般选用冷却性能好的一种推进剂组元作为冷却剂,将这种组元的悉数或部分流量用于冷却。冷却剂经过冷却套时,带走燃气传给推力室内壁的热量,冷却剂本身温度升高,然后经喷注器进入焚烧室,内壁的传出热量被冷却剂带入焚烧室,得以“再生”,因而称这种对流外冷却办法为再生冷却。
  排放冷却是对流冷却的另一种。与再生冷却不同,用于排放冷却的冷却剂对推力室冷却吸热后不进入焚烧室参加焚烧,而是排放出去。直接排放冷却剂会下降推力室比冲,因而需求尽或许削减用于排放冷却的冷却剂流量,一起只在受热相对不严峻的喷管出口段选用排放冷却。还有一种是辐射冷却,其暖流由焚烧产品传给推力室,再由推力室室壁想周围空间辐射散热。辐射冷却的特点是简略、结构质量小。首要应用于大喷管的延伸段和选用耐高温资料的小推力发动机推力室。
  在安排推力室内冷却时,是经过在推力室内壁外表树立温度相对较低的液体或气体保护层,以削减传给推力室室壁的暖流,下降壁面温度,完成冷却。内冷却首要分为头部安排的内冷却(屏蔽冷却)、膜冷却和发汗冷却三种办法。推力室选用内冷却办法后,因为需求下降保护层的温度,所以焚烧室壁面邻近的混合比不同于中心区域的最佳混合比(大都情况下选用富燃料的近壁层),构成混合比沿焚烧室横截面散布不均匀,使焚烧功率有必定程度的下降。
  膜冷却与屏蔽冷却相似,是经过在内壁面邻近树立均匀、安稳的冷却液膜或气膜保护层,对推力室内壁进行冷却,仅仅用于树立保护层的冷却剂不是喷注器喷入的,而是经过专门的冷却带供入。冷却带一般安置在焚烧室或喷管收敛段的一个横截面上。沿焚烧室长度方向上能够有若干条冷却带。为进步膜的安稳性,冷却剂常常经各冷却带上的缝隙或小孔流入。
  选用发汗冷却时,推力室内壁或部分内壁由多孔资料制成,其孔径为数十微米。多孔资料一般用金属粉末烧结而成,或用金属网限制而成。此情况下,尽或许使资猜中的微孔散布均匀,是单位面积上的孔数增多。液体冷却剂进入内壁,树立起保护膜,使传给壁的暖流密度下降。当用于发汗冷却的液体冷却剂流量高于某一临界值,在推力室内壁邻近构成的是液膜。当冷却剂流量低于临界值流量时,内壁温度会高于当时压力下的冷却剂沸点,部分或悉数冷却剂蒸腾,构成气膜。
  除了以上热防护外,还有其他热防护办法如:烧蚀冷却、隔热冷却、热熔式冷却以及室壁的复合防护等。
  3 高焓气体发生器热防护计划
  归纳上述办法结合实际情况,便得到高焓气体发生器的热防护办法。高焓气体发生器的焚烧室与液体火箭发动机的不同,省去前面的推力室部分,使得其结构更简略而有用。那么,所触及到的热防护即为对焚烧室室壁的热防护部分。因为燃料进入焚烧室内敏捷分化并放出很多

热,这样在壁面的温度最高可达3000k,这就需求对焚烧室壁面进行热防护。从简略、易行的视点考虑,假如选用外冷却的办法,就需求焚烧室的做成表里两层,燃料和冷却剂的喷注办法要做特别处理,考虑到所触及的气体发生器的体积较小,这样会添加制造的复杂性和制造本钱。而选用烧蚀冷却、隔热冷却或许热熔式冷却更会添加规划难度及制造本钱。那么,此刻选用内冷却的办法来看更为适宜。内冷却首要分为头部安排的内冷却(屏蔽冷却)、膜冷却和发汗冷却三种办法。屏蔽冷却是在推力室头部喷注器最外圈、沿焚烧室壁邻近设置一圈单元组直流式或离心式喷嘴,冷却剂以必定的视点直接喷射在焚烧室内壁上,确保室壁邻近某一种推进剂组元(例如燃料)有很大充裕,构成一层温度相对较低的保护层,将高温燃气与壁面离隔,祈求隔热的作用,这种热防护的办法规划简略,可是要特别注意燃料和冷却剂喷注的办法;膜冷却是经过在内壁面邻近树立均匀、安稳的冷却液膜或气膜保护层,对焚烧室室壁进行冷却,这种冷却办法在冷却的作用剖析来较为牢靠,而对规划要求以及加工工艺较高。选用发汗冷却,推力室内壁或部分内壁由多孔资料制成,尽或许使资猜中的微孔散布均匀,当液体冷却剂进入内壁,树立起保护膜,使传给壁的暖流密度下降,然后下降壁面温度。发汗冷却的办法从经济实用的视点看是不可取的。
  4 规划计划总结
  从经济实用、简略易行视点动身,挑选选用低温液氮作保护剂,从焚烧室切向喷入来对焚烧室的壁面进行热防护。一方面处理焚烧室壁面温度过高的问题;另一方面能够处理液氮含量缺乏的问题。
  但因为需求下降保护层的温度,所以焚烧室壁面邻近的混合比不同于中心区域的最佳混合比(大都情况下选用富燃料的近壁层),构成混合比沿焚烧室横截面散布不均匀,使焚烧功率有必定程度的下降。这就需求对之后的一系列规划及计划中要点处理这一问题。
  参考文献:
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  •  更新时刻:2014-08-31 10:50:33  作者:佚名 [标签: 气体发生器 焚烧室 热防护 ]
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