Обоснование выбора методики расчета

В ракетных двигателях часть энтальпии продуктов горения топлива преобразуется в кинетическую энергию газового потока, при этом перепад давления в сопле значительно выше критического, поэтому в этих двигателях для достижения высоких коэффициентов полезного действия и, следовательно высоких скоростей истечения, применяют сверхзвуковые сопла, в основном сопла Лаваля.

Реальный процесс течения в сопле весьма сложен. Он сопровождается трением и теплообменом рабочего тела со стенками. Течение в нем не является одномерным, так как параметры газа и состав по сечению могут быть различными.

Понижение температуры вдоль сопла приводит к уменьшению теплоемкости и к рекомбинации атомов и радикалов, если газ перед соплом был диссоциирован. Вследствие больших скоростей движения время пребывания рабочего тела в сопле весьма мало (1СГ⁴ - 10~⁵), что в свою очередьобуславливает быстрое изменение состояния. В связи с этим возникает вопрос: в какой мере равновесия процесс течения в сопле или, иначе, успевает ли за это время совершаться процессы изменения всех видов энергии молекул и изменение химического состава в соответствии с изменением температуры и давления?

Соответствие величины энергии движения молекул и температур означает наличие энергетического равновесия, а соответствие химического состава продуктов сгорания давлению и температуре - наличие химического равновесия.

При течении газообразных продуктов сгорания в большинстве случаев можно считать, что процесс течения в сопле расчетного двигателя проходит равновесно и химически, и энергетически. Это означает, что в каждом сечении успевает установиться такой состав и такая величина внутренней энергии, которые соответствуют давлению и температуре в данном сечении. В случае наличия конденсированной фазы возникают дополнительные условия, влияющие на равновесность процесса в сопле.

При анализе и расчете процесса течения в сопле часто его идеализируют, пренебрегая течением и теплообменом, и принимая его химически и энергетически равновесным, т.е. изоэнтропическим. От характеристики такого идеально изоэнтропического к параметрам действительного процесса переходят с помощью поправок.

Вследствие переменности состава и теплоемкости продуктов сгорания вдоль сопла переменным является и показатель процесса расширения. Поэтому, ta когда необходимо, в расчетах и анализе процесса течения рассматривают некую среднюю постоянную величину показателя процесса.

Для расчета процесса в ракетном двигателе, определение его удельных параметров и геометрических размеров необходимо знать состав, температуру,

Давление скорости продуктов сгорания и в различных сечениях сопла. Указанные величины определяются при помощи термохимических и термо­динамических зависимостей, т.е. путем термодинамического расчета £ горения и истечения.