Расчет идеального газового потока в камере ракетного двигателя
КУРСОВАЯ РАБОТА
На тему:
«Расчет идеального газового потока в камере ракетного двигателя»
Самара 2009
Введение
Целью данной курсовой работы является закрепление теоретических знаний по курсу механике жидкостей и газа.
Идеальный газ поступает в камеру сгорания в виде струи, которая в начальном сечении камеры 0 имеет площадь проходного сечения S0. После входа в камеру сгорания струя газа внезапно расширяется и в некотором сечении 1 полностью и равномерно заполняет поперечное сечение камеры сгорания с площадью SК. На участке от сечения 1 до конечного сечения камеры сгорания К газовый поток получает внешнюю теплоту, эквивалентную теплоте сгорания ракетного топлива.
Из камеры сгорания газовый поток поступает в сверхзвуковое сопло с начальным течением К, узким (наименьшей площади) сечением У, выходным сечением а, площади которых равны SК, SУ u Sа. Из сопла газ вытекает во внешнюю среду, давление в которой равно рн.
1. Построение профиля канала переменного сечения
Найдем размеры, необходимые для построения профиля сопла:
– длина камеры сгорания:
мм;
– длина дозвуковой части сопла
мм;
– длина сверхзвуковой части сопла:
мм;
– радиус камеры сгорания:
мм;
– радиус потока при входе в камеру сгорания:
мм;
– радиус выходного сечения сопла:
мм;
– величины для построения профиля сопла:
мм;
мм;
– величины для нахождения характерных сечений:
мм;
мм;
мм;
мм;
мм.
По найденным размерам строим профиль сопла (рисунок 1 в приложении).
После построения снимаем с чертежа недостающие величины радиусов поперечных сечений, необходимые для расчетов:
мм;
мм;
мм;
мм;
мм;
мм;
мм;
мм;
мм.
Рассчитаем площади этих сечений:
м2;
м2;
м2;
м2;
м2;
м2;
м2;
м2;
м2.
2. Расчет параметров газового потока
2.1 Расчет параметров для сечения 0 и k
Вычислим значение газодинамической функции для сечения k:
.
По найденному значению с помощью математического пакета MathCAD по формуле газодинамической функции определяем соответствующие значение :
,
.
Находим значения остальных газодинамических функций, числа Маха, температуры, критической скорости, скорости газового потока и скорости звука в газе для сечения k по следующим формулам:
,
Запишем преобразованное уравнение количества движения для газа, находящегося в камере сгорания между сечениями 0 и k. С помощью математического пакета MathCAD определяем величину , учитывая, что в данном сечении дозвуковой поток, то есть :
Получаем .
Находим значения газодинамических функций, числа Маха, температуры, критической скорости, скорости газового потока и скорости звука в газе для сечения 0 по следующим формулам:
Вычислим оставшиеся параметры газового потока в сечении «к»:
Запишем преобразованное уравнение неразрывности для сечений «0» и «к» газового потока:
МПа.
Остальные параметры вычислим следующим образом:
кг/с.
Аналогично рассчитаем значения этих же параметров газового потока для сечения «1».
Для сечения «2» определяем методом подбора величину из решения уравнения количества движения для газа, учитывая, что в данном сечении дозвуковой поток, т.е.
где
Принимаем
Рассчитаем значения газодинамических функций и параметров по аналогии с расчетами для сечения «1».
Параметры для сечений «3», «у», «4», «5», «а» определим по аналогии учитывая, что в сечении 3 в сечении «у» , в сечениях «4», «5», «а»
Полученные значения приведены в таблице 1 (см. Приложение)
2.2 Расчет параметров для сечения «2» – «a»
Рассчитаем параметры потока со скачком уплотнения в выходном сечении сопла.
Сначала вычислим значение :
Соответствующее ему q:
Расчет остальных параметров проведем по аналогии с сечением «а». Нужно иметь ввиду, что в прямом скачке уплотнения Т* не изменяется, р* и ρ* скачкообразно уменьшаются.
МПа.
Все вычисления сведем в таблицу 1 (см. Приложение)
Аналогично просчитаем и заполним таблицу 2 (см. Приложение)
2.3 Расчет значений для таблиц 3,4
;
;
;
.
.
.
Некоторые вычисления:
;
кН;
МПа;
кН;
кН;
кН;
кН;
кН;
кН;
кН.
По результатам расчетов (таблицы 1–4) в форме графиков, выполняется построение расчетных зависимостей (рисунок 2–7, см. Приложение).
Заключение
В данной работе был произведен расчет идеального газового потока в камере ракетного двигателя.
По исходным данным для живых сечений газового потока 0, 1, k, 2, 3, у, 4, 5 и а были рассчитаны газодинамические функции, параметры торможения, а также рассчитаны варианты идеального газового потока со скачком уплотнения в 5,4, выходном сечениях и с критическим состоянием газа в узком сечении сопла и последующим дозвуковым течением газа по соплу. По расчетов были построены графики изменения параметров газового потока по длине камеры ракетного двигателя.
В конце работы были определены силы воздействия потока на камеру и тяга камеры при различных вариантах газового потока.
Список источников
Абрамович Г.Н. «Прикладная газовая динамика», 4-е издание. М.: Наука, 1976 г., 888 с.
Лекции по механике жидкостей и газов.
В.А. Курочкин, А.С. Наталевич, А.М. Цыганов «Методические указания к курсовой работе по газовой динамике», Самара: СГАУ, 1994 г.
Приложение
Результаты расчета параметров газового потока, варианты 3, 4, 5
Варианты
1 – 3
3
1 – 4
4
1 – 5
5
Сечения
5
5за
а
4
4за
5
а
у
4
5
а
r, мм
98.23
98.23
119.07
74.88
74.88
98.23
119.07
63
74.88
98.23
119.07
S, мм2
30313.6
30313.6
44540.4
17614.9
17614.9
30313.6
44540.4
12468.9
17614.9
30313.6
44540.4
q(λ)
0.411
0.764
0.52
0.708
0.838
0.487
0.331
1
0.708
0.411
0.28
λ
1.797
0.556
0.347
1.523
0.657
0.322
0.214
1
0.499
0.269
0.18
τ(λ)
0.462
0.948
0.98
0.613
0.928
0.983
0.992
0.833
0.959
0.988
0.995
π(λ)
0.067
0.831
0.932
0.181
0.77
0.941
0.973
0.528
0.862
0.958
0.981
ε(λ)
0.145
0.876
0.951
0.295
0.83
0.957
0.981
0.634
0.9
0.97
0.987
М
2.413
0.522
0.32
1.775
0.622
0.297
0.196
1
0.465
0.247
0.165
Т*, К
950
950
950
950
950
950
950
950
950
950
950
Т, К
438.981
900.968
930.964
582.674
881.739
933.533
942.738
791.667
910.634
938.562
944.877
р*, МПа
3.084
1.65
1.65
3.084
2.605
2.605
2.605
3.084
3.084
3.084
3.084
р, МПа
0.2068
1.371
1.547
0.5573
1.956
2.451
2.536
1.629
2.661
2.956
3.027
ρ*, кг/м3
11.301
6.045
6.045
11.301
9.546
9.546
9.546
11.301
11.301
11.301
11.301
ρ, кг/м3
1.64
5.295
5.784
3.329
7.723
9.137
9.364
7.164
10.17
10.964
11.149
акр, м/с
564.291
564.291
564.291
564.291
564.291
564.291
564.291
564.291
564.291
564.291
564.291
λакр, м/с
1014
314.018
195.661
859.494
370.513
181.979
120.851
564.291
281.369
151.667
101.507
а, м/с
420.199
601.986
611.925
484.111
595.528
612.769
615.782
564.291
605.207
614.417
616.481
Ma, м/с
1014
314.018
195.661
859.494
370.513
181.979
120.851
564.291
281.369
151.667
101.507
G, кг/с
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
ρсS, кг/с
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
50.406
Результаты расчета импульсов газового потока
Варианты
1 – 5
1 – 5
1 – 5
1
2
3
4
5
Сечения
0
к
у
а
а
а
а
а
λ
0.397
0.402
1
1.92
0.521
0.347
0.214
0.18
р*, МПа
3.5
3.084
3.084
3.084
1.161
1.65
2.605
3.084
S, мм2
10535.5
21072.6
12468.9
44540.4
44540.4
44540.4
44540.4
f
1.084
1.085
1.268
0.431
1.133
1.066
1.026
1.019
Ф, кН
39.954
70.508
48.76
59.224
58.581
78.306
119.036
139.97
Результаты расчета сил и тяги
Варианты
1
2
3
4
5
σв.р
0.9143
0.9143
0.9143
0.9143
0.9143
σТ
0.9638
0.9638
0.9638
0.9638
0.9638
σП
-
0.3825
0.5385
0.8459
1
рН, МПа
0.11
0.987
1.547
2.536
3.027
Р0-к, кН
30.554
30.554
30.554
30.554
30.554
Рк-у, кН
-21.748
-21.748
-21.748
-21.748
-21.748
Ру-а, кН
10.464
9.821
29.546
70.276
90.61
Р0-а, кН
19.27
18.627
38.352
79.082
99.416
Рвнутр, кН
59.224
58.581
78.306
119.036
139.97
Рнар, кН
-4.899
-48.95
-68.904
-112.954
-134.824
Р, кН
54.324
9.632
9.402
6.081
5.146
Рисунок 1 – Схема камеры ракетного двигателя
Рисунок 2 – Изменение температуры газа по длине камеры ракетного двигателя
Рисунок 3 – Изменение давления газа по длине камеры ракетного двигателя
Рисунок 4 – Изменение плотности газа по длине камеры ракетного двигателя
Рисунок 5 – Изменение скорости газового потока по длине камеры ракетного двигателя
Нравится материал? Поддержи автора!
Ещё документы из категории физика:
Чтобы скачать документ, порекомендуйте, пожалуйста, его своим друзьям в любой соц. сети.
После чего кнопка «СКАЧАТЬ» станет доступной!
Кнопочки находятся чуть ниже. Спасибо!
Кнопки:
Скачать документ