|
|
От
|
Pokrovsky~stanislav
|
|
|
К
|
7-40
|
|
|
Дата
|
26.09.2007 02:56:58
|
|
|
Рубрики
|
Крах СССР; Манипуляция;
|
|
Оптическая толщина и длина пробега излучения.
>Длина пробега излучения - это оптическую толщу теперь так называют? ;)
Вообще говоря, оптическая толщина среды по определению есть отношение характерной толщины среды к средней(или спектральной - в зависимости от задачки) длине пробега излучения.
Говорить об оптической толще газов керосинового ЖРД как о чем-то, не связанном с размерами, как-то и неприлично. А вот длина пробега излучения - это как бы характеристика среды.
Впрочем, Вы же профессионально этим занимаетесь... Т.е. по идее, должны бы все неплохо знать. Будем считать, что Вы просто пошутили. - Идет?
_________________________________________________
Итак, для оценки длины пробега излучения воспользуемся результатами расчетов из метода, предложенного в ТВТ, 1971, т.9, № 4, с. 708-716.
Для "стандартного"(использованное автором слово) воздушно-керосинового ЖРД в условиях стехиометрического горения для длины пути луча рассчитывалась степень черноты основных отвечающих за излучение и поглощение компонент - СО2 и Н2О. Задавались размером камеры 86 см(я так понимаю, что при таком размере удобно было пересчитывать полное давление в удобные оптические плотности. При полном давлении 8 атм оптическая плотность паров составляла красивую величину 80 см х атм).
При 2000 градусов и общем давлении смеси газов 8 атм степень черноты паров воды составляла 0.3(для сопоставления для СО2 0.14). Отсюда с легкостью рассчитывается длина пробега излучения - около 2.5 метров(из условий термодинамического равновесия поглощения и излучения - С.П.).
При 2173 К степень черноты снижалась до 0.15, соответственно длина пробега излучения возрастала до 5.3 метра(С.П.).
Поскольку при стехиометрическом горении в воздухе 3/4 объема составляет азот, то длина свободного пробега излучения в кислород-керосиновом двигателе будет раза в 4 меньше. Около 60 см при 2000 К и около 130 см при 2200 К.
С тенденцией к дальнейшему росту с температурой. - С.П.
Пересчет на случай в 7.5 раз большего давления уже для 2200 К длина свободного пробега излучения составляет что-то около 17 см. - С.П.
Что касается самой статьи, то там же указано, что при температурах выше 800 К полоса 15 мкм не существенна. Рассчитывается вклад полос в ближней ИК области - основная составляющая около 2.7 мкм.(А оно и вправду - закон смещения Вина - помните его?- прямо и указывает на ближний ИК - С.П.)
Расчеты степени черноты, полученные по предложенному в работе методу - при повышенных давлениях прекрасно сходились с аппроксимациями экспериментальных графиков и диаграмм.
Метод работоспособен при 2000 К до парциальных давлений водяного пара до 400 атм. С тенденцией роста при росте температуры.
Ну и последнее. Уже по "Теплопередаче"(Исаченко, Осипова, Сукомел) - при высоких оптических плотностях роль СО2 резко снижается. И работает в основном излучение и поглощение излучения водяным паром. Некоторая добавка от СО2 - мало что меняет.
_______________________________________
Таким образом, длина свободного пробега излучения уже при 2200 К составляет половину радиуса камеры сгорания Ф-1. А при 3000 К, с учетом дальнейшего явного снижения степени черноты с ростом температуры) представляется вполне сопоставимой с радиусом.
___________________________________
Учитывая хорошую сходимость расчетов авторов со следствиями из экспериментальных графиков и диаграмм именно для керосиновых двигателей, мы можем нормально предполагать, что несгоревший углерод, составляющий дым на выходе сопла, в камере присутствует еще в неконденсированном, атомном состоянии. И потому не особо влияет на оптическую плотность среды.
Следовательно, модель Покровского, по которой рост размеров камеры при прочих равных условиях(давление, температура газов) приводит к пропорциональному росту энергонапряженности стенок, - близка к реальному положению дел.
Американцы в середине 70-х как бы не зря всполошились и начали придумывать, какой был жаропрочный материал для стенок камеры сгорания Ф-1, - развитие расчетных методов теплофизики вкупе с вполне подтверждающими расчеты экспериментальными работами(напр. ТВТ, 1971, т.9, № 4, с. 703-707) показало, что пора бы и об отмазках задуматься...
________________________________
В заключение хочу поблагодарить внимательно следящего за дискуссией старого товарища, который прислал мне сканы статей из "Теплофизики высоких температур"(ТВТ). - Фонд ГПНТБ, в котором располагается нужный номер, - так и остается закрытым на ремонт.