Процесс истечения смеси газов из сопла является адиабатным, т.е. теплообмен с окружающей средой отсутствует (dQ =0). При этом предполагается отсутствие трения и других видов потерь энергии при течении в сопле, т.е. процесс является изоэнтропийным (dS =0) и энтропия в выходном сечении 4-4 сопла S 4 равна энтропии в сечении 3-3 на входе в сопло S 3.
Принимается, что сопло работает на расчетном режиме истечения газа и давление на срезе сопла р 4 равно давлению окружающей среды на расчетной высоте у, т.е. р 4= ру. Давление р 4= ру определяется по таблицам международной стандартной атмосферы.
Таким образом, для простой закрытой системы фиксированными параметрами в сечении 4-4 сопла являются два параметра: энтропия S 4 и давление р 4. Принимается также, что химический состав продуктов сгорания при течении в сопле равен составу продуктов сгорания в сечении 3-3 на входе в сопло, т.е. химических реакций в сопле не происходит, и величины, характеризующие состав смеси газов, являются известными величинами:
(ni)4=(ni)3, n4=n3, (xi)4=(xi)3, (mi)4=(mi)3, m4=m3, ( i)4=( i)3, x4 (x )3 как показано в сводной таблице расчетов.
|
|
Неизвестной величиной при такой постановке задачи является только температура в выходном сечении сопла Т 4.
Температура Т 4 определяется графоаналитическим способом из уравнения баланса энтропий:
(29)
где - относительное парциальное давление i-ой компоненты смеси газов.
(30)
где - относительное давление смеси газа в сечении 4-4, р 0=101325Па; xi=ni/n 4.
Задаваясь табличными значениями температуры Т строится график зависимости S=S , где S= . При выборе этих значений температур используется оценка температуры в предположении адиабатного процесса расширения для идеального газа при Cp =const и при постоянном показателе адиабаты к в течение всего процесса расширения по формуле:
(31)
где к=к 3 – показатель адиабаты в сечении 3-3.
Абсцисса в точке пересечения прямой S 4= S 3 с зависимостью S=S , определяет искомую температуру смеси газа в сечении 4-4 сопла Т 4, получаемой с учетом переменности теплоемкости Ср и показателя адиабаты к при течении в сопле ЖРД, которая численно отличается от значения температуры , рассчитанной по формуле (31).
По известному химическому составу смеси газов и известным значениям температуры T 4 и давления р 4 рассчитываются все параметры рабочего тела на срезе сопла по формулам (7)¸(16), которые заносятся в сводную таблицу результатов термодинамического расчета ракетного двигателя.
Расчет считается правильным если S 4, рассчитанная по формуле (12) при температуре Т 4 и давлении р 4, совпадает со значениями энтропии S 3.