4.2.4. Уточнение потерь на физическую неравновесность многофазного потока

Скорость частиц конденсированной фазы в сопле отличается от ско­рости газа не только по значению, но и по направлению. В коническом ' сопле траектории частиц направлены под меньшим углом к его оси, чем линии тока; в случае профилированного сопла — обычно наоборот. Соответственно этому поправки, полученные с помощью модели нерав­новесного двухмерного многофазного течения, для этих типов сопел имеют разные знаки (табл. 4.9).

Специальное профилирование сопла для неравновесного многофаз­ного потока (без ограничения на выпадение частиц конденсированной фазы) позволяет уменьшить потери на рассеяние.

Поэтому целесообразно потери из-за скоростного (по значению) и температурного ^v запаздывания конденсированной фазы и потери из-за рассеяния многофазного потока вычислять без их разделения (обозна­чим f), сравнивая удельные импульсы двухмерного многофазного течения и равновесного квазиодномерного многофазного потока (см. п. 4.2.5).

Таблица 4.9

Потери удельного импульса на рассеяние

Сопло	Потери на рассеяние, %
	При неравновесном течении	При равновесном течении
Коническое Профилированное для равновесного течения Профилированное для неравновесного течения	1,4 1,9 0,9	1,8 1,2 0,6

Потери импульса из-за встречи частиц со стенкой пропорциональны массе частиц, выпавших на стенку в единицу времени, и осевой состав­ляющей их скорости:

.

4.2.5. Потери удельного импульса многофазного потока из-за утопленности сопла

В современных РДТТ обычно сопло частично вдвинуто ("утоплено") в канал заряда твердого топлива, и между поверхностями канала и во­ротника (вдвинутой частью сопла) образуется кольцевой канал. В та­ких случаях увеличивается радиальная составляющая скорости частиц, растут неравномерность в их распределении по радиусу, сепарация по размерам.

Данных о возникающих при этом дополнительных потерях удель­ного импульса многофазных продуктов сгорания очень мало. Например, при изменении отношения длины вдвинутой части сопла к полной его длине в пределах 25...75 % эти потери могут составлять 0,5% и 1,2 при содержании алюминия в топливе 5...16 и 21% соответственно.

Применяется также полуэмпирическое соотношение

,

где z — массовая доля конденсированной фазы в продуктах сгорания; р — давление в двигателе, МПа, l_у=l_у/L₃ — отношение длины вдвинутой части сопла и длины заряда; - диаметр критического сечения сопла, мм.

Потери удельного импульса из-за утопленности сопла ряда высот­ных РДТТ такого же порядка, как и потери из-за трения, и на порядок меньше потерь из-за двухфазности и рассеяния вычисленных безих разделения с помощью модели двухмерного двухфазного течения (табл. 4.10, содержание алюминия в твердом топливе 15...16%).

В регрессионную зависимость потерь удельного импульса в сопле, полученную ,в результате обработки экспериментальных данных, мо­жет входить относительная длина l_у = l_у /L₃:

.

В этом уравнении регрессии переменные расположены в порядке их значимости, причем и- средние значения за время испыта­ния. Среднее квадратическое отклонение составляет 0,34%. Диа­метр критического сечения измеряется в мм, давление — в МПа,

.

Таблица 4.10

Составляющие потерь удельного импульса

в высотных РДТТ с утопленными соплами

, мм
87 244 34,6 175 85	1,61 2,42 4,59 2,42 2,85		26 26,7 15 29 24,8		7,4 5,5 22 11 8,6		6,3 5 12 9,4 7,15		0,00 0,14 0,21 0,29 0,45
, %		, %		, %		, %		, %
7,00 5,1 7,4 6,0 6,1		0,0 0,4 0,4 0,7 1,0		0,5 0,4 1,0 0,5 0,6		0,4 0,6 0,8 0,6 0,5		7,9 6,5 9,6 7,8 8,2