Урок 04. Тепловой расчёт камеры. Способ первый – быстрый



Дмитрий ЗавистовскийЗдравствуйте, уважаемые друзья!

Сегодня мы с Вами начнём рассмотрение большого и очень важного раздела проектирования камер ЖРД, который называют тепловым или термодинамическим расчётом. Расчёт большой и громоздкий. И я постараюсь рассмотреть его в ближайших уроках достаточно подробно.

Начнём с самого простого технически, но совершенно не дающего представления о сути, способа расчета. Он годится, если Вы уже давно освоили алгоритм, и Вам нужно быстро что-то прикинуть или выполнить много однотипных расчётов. Если же Вы хотите понять смысл, то надо хотя бы один раз сделать этот расчёт руками. Тем не менее, я решил начать именно с него, чтобы как можно быстрее вооружить Вас простым и быстрым инструментом и дать возможность увидеть, что в результате получится.

Прежде чем переходить к изложению, скажем несколько слов о цели данного расчёта.

В предыдущих уроках мы научились рассчитывать энтальпию топлива, т.е. фактически заложенную в нём потенциальную энергию, которая может выделиться при сгорании. Чтобы построить камеру ЖРД нужно знать – каким образом эта энергия из тепловой превращается в кинетическую, что получается после сгорания топлива и из чего состоят продукты сгорания. Их состав и термодинамические параметры изменяются по длине камеры (почему – это отдельный разговор, и со временем мы поговорим об этом в Базе знаний), приводя в конечном итоге к разгону до очень высокой скорости. Таким образом, в результате теплового расчёта мы получаем термодинамические параметры и состав продуктов сгорания, что собственно и является его целью. Параметры определяются как минимум в трёх характерных сечениях – камере сгорания, критике и на срезе сопла.

Ну а сегодня нам предстоит совсем несложная работа. Самим считать ничего не нужно. Весь алгоритм расчёта уже давно другие люди смогли автоматизировать. Я, конечно же, говорю о компьютерной программе. И я не зря сказал, что это было очень давно, потому что программный продукт, который я хочу предложить Вам использовать, был создан ещё в эпоху MS-DOS на языке Fortran. Тем не менее, программа остаётся вполне рабочей в среде современных ОС Windows (за исключением 64-битных версий, но и в них, насколько мне известно, можно воспользоваться определёнными эмуляторами, и в итоге заставить программу работать). Программка совсем маленькая по размеру, называется TDK, но то, что она делает, считать вручную о-о-очень долго. Вот [Содержимое скрыто. Пожалуйста, авторизуйтесь или зарегистрируйтесь].

Давайте разбираться. Во-первых, нужно естественно распаковать архив и запустить программу файлом TDKPUSK.EXE. После запуска появится окошко с выбором вариантов расчёта.

Мы разберём первый вариант, как наиболее типичный. Остальные отличаются набором исходных данных, и, если нужно, я думаю, Вы сможете самостоятельно их освоить.

Итак, нажимаем Enter для выбора подсвеченного варианта (да, кстати, мышка здесь не работает – их тогда еще не было) и переходим к следующему меню – ввода исходных данных.

Смотрим, что от нас хочет программа и последовательно вводим количество атомов в химических формулах горючего и окислителя, значения плотности и энтальпии. Если компонент сложный по составу, предварительно нужно составить вручную его условную химическую формулу и посчитать энтальпию и плотность (см. Урок 2 и Урок 3). Вводим давление в камере сгорания и на срезе сопла (обычно заданы в условии задачи, если нет, выбираем самостоятельно на основании назначения ДУ).

Далее программа просит задать начальное и конечное значение коэффициента избытка окислителя, а также шаг по нему. Данный момент, наверное, требует пояснения. Как я уже упоминал в предыдущих уроках, мы не знаем наперёд какое значение αок выбрать. Поэтому здесь можно задать диапазон его изменения с определенным шагом. В результате программа выполнит серию расчётов с разными αок и из этих расчётов можно будет выбрать какой-то один.

Последние два параметра – «Температура замораживания» и «Величина снижения энтальпии» можно задать равными нулю. Температура замораживания – не что иное, как температура торможения (тут ее так назвали). Если её задать, программа дополнительно посчитает параметры, соответствующие этой температуре. Правда при этом возникает некоторая путаница в файле результатов расчёта по сечениям камеры, поэтому ставим ноль и больше не останавливаемся на этом. Снижение энтальпии, на мой взгляд, тоже можно не учитывать, во всяком случае, в учебных проектах.

После введения всех параметров окно программы должно выглядеть приблизительно так (я ввёл данные уже знакомой нам топливной пары НДМГ + АТ, задал pк = 6 МПа, pа = 0,008 МПа, диапазон αок = 0,7…1,0 с шагом 0,1).

Перед запуском программа предлагает возможность исправить исходные данные. Еще раз просматриваем, всё ли мы правильно ввели и нажимаем клавишу со стрелкой вправо, чтобы область со словом «Запуск» стала серой.

Теперь нажимаем Enter и… voilà, программа что-то посчитала, но толком ничего не видать.

Поэтому идём в папку с программой и находим там файлик с названием TDK.LST. В нем и скрыты все наши результаты. Пытаемся его открыть, например, в Блокноте, но видим кракозябры. Всё потому, что файл записан в очень старой кодировке MS-DOS Cyrillic. Для открытия используйте MS Word с включенной опцией подтверждения преобразования при открытии, либо любой браузер.

В итоге должно получиться приблизительно следующее.

Смотрим, что тут написано. Сначала приводятся наши исходные данные, а затем для каждого заданного нами αок – состав и термодинамические параметры продуктов сгорания по трем характерным сечениям. Ниже под всеми результатами даётся расшифровка обозначений.

На этом давайте, заканчивать. Урок получился и так довольно объёмный. Хотел по-быстрому, получилось, как всегда. Анализ результатов будем проводить в последующих уроках.

Всем удачи! 🙂


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru