Теплофизические свойства некоторых авиационных топлив в жидком и газообразном состоянии Варгафтик Н.Б.

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ АВИАЦИОННЫХ ТОПЛИВ В ЖИДКОМ И ГАЗООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ Сборник статей нод редакцией докт. техн.

наук проф. О. Б. Варгафтика ТРУДЫ ИНСТИТУТА Выиуск 132 ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ОБОРОНГИЗ М осква 1961 В сборнике приведены результаты исследований теплоем. кости, теплопроводности, плотности, вязкости, поверхностного натяжения и упругостн насыщенных паров и теплоты парообразования авиационных топлив в жидкой и газовой фазах в широком диапазоне температур. Приведены также результаты исследований диффузии смеси паров неиоторьгх топлив и воздуха при высоких температурах.

Книга предназначена для работников научно-нсследова. тельских институтов, проектных организаций и предприятий авиационной и топливной промышленности, а также может быть полезна для студентов втузов Редактор инж. Е. В. Латынни Зав редакцией инж. А. С. Займовская ПРЕДИСЛОВИЕ В связи с развитием авиационной техники появилась необходимость в подробном экспериментальном исследовании теплофизиче. ских свойств наиболее распространенных авиационных топлив.

Исследования теплофнзических свойств бензина Б-70, топлив Т-1 и Т-5 в жидкой и газовой фазах проведены коллективом кафедры физики Московского авиационного института. Исследования эти велись в достаточно широком диапазоне температур, в котором эти вещества обладают термической стойкостью, В жидкой фазе исследованы: теплоемкость, вязкость, теплопроводность, плотность и поверхностное натяжение. В газовой фазе исследованы: теплопроводность, теплоемкость и вязкость этих топлив, а также диффузия системы «воздух — пары топлива Т-5». Опре делены также давление насыщенных паров и теплота парообразования указанных топлив. Наибольшие трудности были связаны с экспериментальным изучением газовой фазы, поскольку эти ве.

щества являются многокомпонентными. Оказалось целесообразным определять физические свойства и отдельных фракций, Это значительно увеличило объем экспериментальных работ, но оказалось полезным при изучении физических свойств многокомпонентных веществ. В сборник, помимо статей, посвященных результатам исследований теплофизических свойств топлив Б-70, Т-1 и Т-5, проведенных на кафедре, включена (в начале сборника) статья о характеристиках этих, а также некоторых других авиационных топлив.

Кана. фнзамат. науа П. П. ПОПОВА ТОПЛИВА ДЛЯ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕИ Воздушно-реактивные двигатели, созданные в Советском Союзе до 1949 года, были рассчитаны на применение авиационного бензина Б-70 (последний ГОСТ на этот бензин приведен в табл. 1), Рост скорости полета обусловил новые требования к топливу, и с 1946 года была начата разработка специальных топлив для реактивной авиации. Первым образцом топлива для воздушно-реактивных двигателей явилось топливо Т-1 типа керосина, получаемое прямой перегонкой нз особых сортов бакинских нефтей, После успешных испытаний на двигателях в 1949 г. Т-1 было принято и стандартизовано ГОСТом 4138 — 49 (см.

табл. 2), Одна~ко это топливо не могло обеспечить эксплуатацию всех видов реактивных двигателей и было разработано еще несколько образцов более легких реактивных топлив нз восточных нефтей (ТС-1, Т-2, см. табл. 3). Т-1 вырабатывается из нефтей нафтеново-ароматического осноьания и имеет в своем составе до 60~ нафтеновых, 22 — 25а парафиновых и 17 — 19а ароматических углеводородов. ТС-1 получается из сернистых парафинистых нефтей, содержит до 60а парафиновых углеводородов и увеличенное количество серы. Благодаря различию в групповом углеводородном составе Т-1 отличается от ТС-1 большей плотностью, вязкостью и утяжеленным фракционным составом.

Т-2 имеет более широкий, чем ТС-1, фракционный состав, но близко к нему по групповому химическому составу. Длительная эксплуатация этих видов топлив показала, что для воздушно-реактивных двигателей, рассчитанных на полеты с небольшими сверхзвуковыми скоростями, топливо Т-1 является лучшим. При высокой объемной теплотворной способности групповой химический состав обеспечивает ему высокую полноту сгорания в широком диапазоне условий реального применения В США для воздушно-реактивных двигателей применяются топлива нефтяного происхождения: ЗР-1, ЗР-2, 3Р-3 и ЗР-4.

По плотности и теплотворной способности они мало отличаются от наших Реактивных топлив Т-1 и Т-2 (табл. 4). ЗР-1 наиболее близко к топливу Т-1, 3Р-3 — к Т-2. 3Р-З, как и Т-2, содержит повышенное количество серы, Наиболее теплотворными из этих топлив являются зр-2 и ДР-4. Таблица 1 Качества топлива Б-70 по ГОСТУ 1012-54' ! Нормы Методы испытаний Наименование показателей 88 105 ~ ГОСТ 2177 — 59 145 180 2,5 1,5 369 Не нормируется 20 ГОСТ 6994 — 54 ГОСТ 1567 — 56 ГОСТ 1771 — 48 0,05 * Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг бензина Б-70, йо 14,78 кг. Анализ, проведенный с целью изучения возможности получить топливо путем подбора его углеводородного состава и структуры, показал, что больше всего отвечают требованиям, предъявляемым к топливам для ВРД, нафтеновые и нзопарафнновые углеводороды.

Нормальные парафиновые углеводороды с температурой кипения в пределах +200 —:+300'С (см. табл, 5) имеют плотность 0,748 —: 0,780 г/смз и теплотворную способность (низшую) соответственно 1О 520 —:10 460 ккал/кг. Недостатком их является высокая температура застывания, повышаюшаяся с увеличением молекулярного веса. Фракционный состав: а) температура начала перегонки в 'С, не ниже б) 1ОМ перегоняется прн температуре в 'С, не выше в) 50% перегоняется при температуре в 'С, не выше г) 90% переселяется при температуре в 'С, не выше д) 97,5м перегоняется при температуре в "С, не выше е) остаток и потери в м, не более ж) остаток в М, не более давление насыщенных паров в мм рт.

ст., не более Температура начала кристаллизации в оС, не выше Теплота сгорания низшая в кнал)нг, не менее Содержание ароматических углеводородов в и, не более Содержание фактических смол в 100 мл бензина в мг, не более Содержание серы в и, не более ГОСТ 1756 — 52 (арбитражный метод или ГОСТ 6668 †) ГОСТ 5066 — 56 1-й метод (без обезвоживания) Таблица 2 Качества топлива Т-1 по ГОСТУ 4138-49* Топливо Т-1 получаетси прямой перегонкой нефтей Методы испытаний Наименование показателей Нормы Г!лотность р„ в пределах го 0,800 — 0,850 ГОСТ 3900 — 47 фракционный состав; а) температура начала перегонки в 'С, не выше б) 10ы перегоняется при температуре в С, не выше в) 50!с перегоняется при температуре в 'С, не выше г) 90ы перегоняется при температуре в 'С, не выше д) 98м перегоняетса прн температуре в оС, не выше е) остаток и потери в сумме в ы, не более Вязкость кинематмческая в сспм а) прн температуре 20ь С, не менее б) при температуре 0' С, не более в) прп температуре минус 40' С, не более г) при температуре минус 50ь С, не более Кислотность в мг КОН на 100 мл топлива, не более Температура начала кристаллизации в ьС, не выше 150 175 ГОСТ 2!17 — 48 270 280 1,5 4 16 ГОСТ 33 — 53 ГОСТ 6041 — 51 1,0 — 60 ГОСТ 5066 — 52 1-й метод без обезвоживания То же ГОСТ 6994 — 54 Температура помутнения в 'С, не выше Содержание ароматических углеводородов в гь, не более Содержание фактических смол в мг на 100 мл топлива на месте потребления топлива, не более Общее содержание серы в аг, не более Теплота сгорания низшая в акал/кг, не менее Содержание механических примесей и воды 25 ГОСТ 1567 — 56 ГОСТ 1771 — 48 ГОСТ 5080 — 55 0,1 10 250 Отсутствие ' Отбор проб топлива Т-1 производят по ГОСТ 2517 — 52.

Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг керосина Т-1, йо=14,67 кг. Таблица 3 Качества товарных авиационных топлив ТС-1 по ГОСТУ 7149 — 54 н Т-2 по ГОСТУ 8410-57 Нормы Методы испытаний Наименование показателей тс-1 ~ Т-2 Плотность р~~, не менее Фракционный состав: а) температура начала перегонки в 'С, не выше б) 1ОМ перегоняется прн температуре в 'С, не выше в) 50М перегоняется прн температуре в 'С, не выше г) 90м перегоняется прн температуре в 'С, не выше д) 98м перегоняется при температуре в 'С, не выше е) остаток н потери в сумме в М, не более Вязкость кннематвческая в сспм а) прн температуре 20' С, не менее б) прм температуре 0' С, не более в) прн температуре минус 40' С, не более 0,775 0,755 ГОСТ 3900-47 150 60 175 145 ГОСТ 2177-48 195 195 230 "50 1,25 1,05 ГОСТ 33-53 2,5 8.0 6,0 ГОСТ 5080 — 55 ГОСТ 1756 — 52 Теплота сгорания низшая в икал/из, не менее 10 250 10 250 давление насыщенных паров в маг рт.

ст. не более Температура начала кристаллизации в 'С, не выше Содержание ароматических углеводородов в и, не более Содержание серы в И, не более Содержание фактических смол в лгг на 100 мл топлива на месте потребления, не более 100 ГОСТ 5С66 — 56 1-й метод ГОСТ 6994 — 54 -60 22 ГОСТ 1771 — 48 ГОСТ 1567 — 56 0,25 10 0,25 1О Изопарафниовые углеводороды, кипящие в тех же пределах (см. табл. 6 и ?), имеют плотность 0,77 —:0,88 г!смз при практически той же теплотворной способности, что и у нормальных парафинов, Изомерные соединения с снльиоразветвленной структурой обладают намного большей плотностью, чем углеводороды с прямой цепью того же молекулярного веса, Изосоединения имеют низкую температуру застывания, Однако вязкость изопарафииовых углеводородов силь- Таблица 4 Качества топлив для ВРД, применяемых в США Сорта топлив Показатели ЗР-1 ~ ЛР-2 ~ ЗР-3 Плотность при 15,5' С давление паров при 38' С мм рт,ст.