Thermofluiddynamics of Optimized Rocket Propulsions: Extended Lewis Code Fundamentals

این مطالعه دارای دو هدف اعلام شده است: مبنای تئوریکی را برای یک فرآیند مقایسه‌ای ایده‌آل برای آرام‌سازی جریان‌ها (ICP) ارائه می‌کند و کاربرد آن را برای جت و به‌ویژه موتورهای موشکی مشخص می‌کند. این در دو بخش بررسی خواهد شد. بخش اول گزارشی از وضعیت موجود در مورد روش‌های محاسبه فعلی ارائه می‌دهد و مهم‌ترین داده‌ها را در مورد موتورهای موشکی منتخب منتخب گردآوری و توضیح می‌دهد. با شروع از پدیدارشناسی فرآیندهای تبدیل دینامیکی و فیزیکی-شیمیایی در مخلوط سیال اکسیدکننده سوخت و در گازهای سوخته، فرآیند مقایسه ای ایده آل ترمودینامیکی - به عنوان یک تغییر متوالی تعریف شده از حالات در سیستم - استخراج می شود. برای اینکه این فرآیند مقایسه ای به راحتی قابل قبول باشد، ابتدا با استفاده از معادلات الج بریک برای تمام پارامترهای مربوطه، برای یک گاز مدل مناسب استفاده می شود. این گاز مدل تحت فرآیندهای تبدیل انرژی بدون از دست دادن سادگی پیش‌فرض معمولی دینامیک گاز کلاسیک است. مهمتر از همه، بررسی این مدل اثبات می کند که به طور کلی استفاده از معادله ایزنتروپیک آشنا برای تغییرات جریان جریان که به طور مداوم در تئوری لوله جریان منتشر می شود، غیرمجاز است، همانطور که در عمل انجام می شود. محاسبات ابتدایی فوراً ویژگی‌های ضروری را نشان می‌دهند که برای سیستم‌های آرام‌بخش، چند جزئی و یک‌فاز نیز معمول هستند، مانند «پدیده افت فشار» قابل‌توجه یا ایجاد نرخ جریان جرمی ثابت به‌عنوان «مقدار ویژه» فرآیند مقایسه. ارتباط آنها با نظریه RE تاکید شده است.

This study has two declared aims: it presents the theoretical basis for a provably ideal comparative process for relaxing flows (ICP) and jus­ tifies its application to jet and, in particular, rocket engines. This will be treated in two parts. Part I offers a status quo report on current calculation methods, and compiles and explains briefly the most important data on selected pro­ minent rocket engines. Starting from the phenomenology of the dynamical and physico-chemical conversion processes in the fuel-oxidizer fluid mixture and in the burned gases, the ideal thermodynamic comparative process is then derived - as a defined sequential change of states in the system. In order to render this comparative process readily under­ standable, it is first applied to an appropriate model gas using alge­ braic equations for all relevant parameters. This model gas undergoes energy conversion processes without forfeiting the simplicity of pre­ sentation typical of classical gas dynamics. Above all, examination of this model offers proof that it is generally impermissible to use, as is done in practice, the familiar isentropic equation for flow changes of state continuously propagated in flow tube theory. Elementary calculations immediately indicate essential attributes which are also typical for relaxing, multicomponent, one-phase systems, such as the significant 'pressure drop phenomenon' or the establishment of the steady mass flow rate as an 'eigenvalue' of the comparative pro­ cess. Their relevance to the RE theory is stressed.