Сарнер С. - Химия ракетных топлив, страница 3

Это объясняется большей специфичностью связей в неорганических соединениях. Теплоты образования можно оценить и по значениям сродства к электрону, например, приведенным в обзорных работах [9, 100]. При выборе теплот образования компонентов топлив рекомендуется пользоваться оригинальными работами; к сводкам без указания источника следует относиться с известной осторожностью. Для получения надежных удельных тяг не рекомендуется пользоваться оцененными значениями теплот образования, а следует определять их экспериментально. В равд.

4.5 Сарнер использует понятие «энергия резонанса» н приводит таблицу ее значений по Паулингу. По последвим представлениям, энергии резонанса, по-видимому, не существует. Поэтому оригинальный текст не был включен, а заменен текстом, написанным Татевским. В гл. 3 даются упрощенные основные представления о расчете термодннамических свойств индивидуальных веществ. К сожалению, материал главы изложен нестрого, в некоторых местах даже ошибочен и не дает достаточно полного представления о предмете. Методы вычисления термодинамических свойств (энтальпии, энтропии, нзобарно-изотермического потенциала и т, п ) индивидуальных веществ подробно изложены в справочнике [19], в монографиях [17, 39] и др., а в приложении к органическим соединениям — в работах [11, 11а]. В гл.

5 Сарнер приводит общие понятия о влиянии кинетики рекомбинации в сопле двигателя на потери удельной тяги. Это влияние он определяет наиболее простым расчетным способом, вычисляя разность удельных тяг при равновесном и «замороженном» течениях, а также на примере результатов нескольких работ, в которых эти потери определены экспериментально Из расчетных методов Сарнер упоминает лишь метод Брея, но нс дает даже ссылок на работы, обобщающие этот метод или описывающие другие методы. При течении потока по соплу по мере приближения к выходному сечению увеличивается скорость изменения его параметров. Уменьшаются плотность и температура продуктов сгорания, а следовательно, и снорости выравнивания процессов, поэтому состояние потока стремится к «замороженному», Прн этом наиболее важными релаксационными процессами в соплах (кроме конденсации) является установление равновесия по колебательным степеням свободы и рекомбинация.

Известно много работ, в которых рассматривается (особенно для воздуха) отклонение от равновесного состояния химического состава и колебательных степеней свободы прн течениях в соплах, в зоне релаксации за скачками уплотнений, при обтекании тел, тепло- и массопереносе н т. д, Обзор литературы до 1963 г. выполнен Чженом [71], а также 1(эмпбеллом и Мейером [27]. Эти процессы в вязких потоках рассмотрены в монографии Дорренса [21].

В ряде работ приведены уравнения, описывающие неравновесный поток невязкой реагирующей смеси без учета теплообчена (например, [37]). Решение этих уравнений, за весьма редкими исключениями, производится численными лгетодами. Применялся численный метод Рунге — Кутта, но он вытеснен более совершенным — неяввой схемой разностного метода (например, [47]). Оригинальный метод вычисления предложен Галюн и Крайко [14]. Точное решение указанных уравнений даже в одномерной постановке задачи трудоемко, поэтому часто применяются упрощенные способы. Некоторые авторы (например, [44]) вычисляют потери удельной тяги по ее разности в двух предельных случаях: при равновесном и «замороженном» течениях продуктов сгорания. Иногда предполагают, что до некоторой температуры происходит равновесный процесс расширения, а ниже ее — «замороженный», ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА РУССКОГО ПЕРЕВОДА Эти методы с вычислительной точки зрения значительно проще точного, так как в обоих предельных случаях эатропия продуктов сгорания в потоке постоявна и не нужно производить интегрирования дифференциальных уравнений по времени.

В некоторых случаях применение этого приема вызывается отсутствием данных по механизмам и кинетике химических реакций рекомбинации. Брей [13) на примере рекомбинации двухатомного идеального диссоциирующего газа показал, что течение в сопле с учетом релаксационных процессов можно разбить на три области. В первой области расширение равновесно и изэнтропно; во второй небольшой области происходит резкое отклонение от равновесного состояния с возрастанием энтропии; в третьей — расширение близко к «замороженному» и изэнтропно.

Поэтому Брей предложил [8, 13] приближенный расчетный метод, в котором параметры газа принимаются равновесными до «гочки замораживания», а после нее «замороженными». Параметры «точки замораживания» определяются по отношению скорости изменения равновесного состава к характерной скорости реакции диссоцнации. Финней [6!] распространил метод Брея на колебательные степени свободы. В ряде работ, например [52, 62], метод Брея использован применительно к продуктам сгорания сложного химического состава.

Согласно Лорин [38], для чистых двухатомных газов расчеты по методу Брея имеют точность 3»/», но для газовых смесей его следует применять с осторожностью. Подобный результат получен Ченом [76). Потери удельной тяги из-за неравновесности течения в сопле определены рядом исследователей [44, 62, 53, 57, 91]. Несмотря на весьма большое количество исследований, мы располагаем недостаточными знаниями как о константах скоростей химических реакций и колебательной релаксации в широких интервалах температур и давлений, так и о механизмах химических процессов, происходящих прн горении и расширении продуктов сгорания.

Это вызывает основные трудности при определении параметров неравновесных продуктов сгорания. В настоящее время получены неполные данные только для систем из водорода, кислорода, углерода и азота. Зачастую данные разных авторов являются противоречивыми. Для других систем имеются лишь отрывочные сведения. Ввиду практической важности таких данных необходимо шире поставить соответствую. щие теоретические и экспериментальные работы по их определению. " В гл.

6 даются общие представления о конденсации в ракетных двигателях и о потерях удельной тяги, вызванных отставанием конденсированных частиц от газообразной фазы по скорости н температуре. Сарнер не приво. днт замкнутой системы уравнений для расчета этих потерь. Теории двухфазного потока посвящено много работ. Анализ этой лите. ратуры показывает, что двумерные теории двухфазного потока позволяют достаточно точно определить потери удельной тяги по заданным размерам конденсированных частиц, их содержанию, коэффициентам сопротивления н теплоотдачи.

Опубликованы работы по определению зкстремалызых контуров сопел для двухфазной среды. Интересный обзор работ по теории двухфазного нотона в соплах, опубликованных до начала 1962 г., представ. зен Хогландом [65], некоторые статьи приведены в сборнике [20], анализ в общем виде выполнен Крайне и Стерниным [33]. В работе [26] приведены коэф и оэффициенты сопротивления движению частиц и коэффициенты тепло- отдачи. Неон е ловлена незна еопределенность результатов указанных расчетов часто бывает обус несколько инте незнанием размеров частиц конденсированной фазы. Прове ено д зующихся п н интересных работ по определению размеров частиц окиси, обраРн горении твердых алюминизированных топлив в эксперимен" Готовится антея к печати справочник Кондратьева В. Н. (ИХФ АН СССР) по константам скоростей химических процессов.

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА РУССКОГО ПЕРЕВОДА тальных двигателях [34, 48, 49, 69, 75], В работе Фейна [58] сделана попытка теоретически найти функцию распределения по размерам частиц окиси з продуктах сгорания трубчатых зарядов. При проведении расчетов следует учитывать агломерацию (слияние) жидких частиц, которая, по-видимому, происходит в соплах. Ее наблюдали Браун и Макарти [75], теоретически исследовал Марбль [97), теоретически и экспериментально — Кроув и Уиллогби [34], причем последние считают агло.

мерацию основным механизмом роста жидких частиц в соплах. Бабуха н Шрайбер [3, 4] получили теоретические результаты, аналогичные результатам Кроува и Уиллогби. При расчете агломерации очень важно знать коэффициенты эффективности соударения жидких капель.

Эти коэффициенты определены для случая водяных капель, свободно падающих в воздухе (например, [86]), однако их нельзя непосредственно перенести на случай агломерации в соплах, Для описания потока при наличии конденсации в сопле двигателя составляется система уравнений, учитывагощих химические реакции в газовой фазе, кинетику зародышеобразования и роста частиц, агломерацию жидких частиц и газодинамику двухфазного потока. Такая система уравнений для квазистационарного процесса без учета кинетики зародышеобразования приведена Уильямсом [20]. Массовая скорость образования компонентов вследствие гомогенных реакций в газовой фазе определяется по уран. пениям работы Ли [37), а масса образующихся зародышей конденсированной фазы — по Баханову и Буйкову [5, 50).

Обобщенные методы расчета двухфазного потока в соплах при наличии конденсации приведены в работах Буйкова М. В. и Баханова В. П. и в работе [55] (в последнем случае прн отсутствии химических реакций). Из работ по конденсации следует особо отметить обзор Хирса и Паунда [64) и статьи [12а, 15, 35, 42, 84, 85]. В гл. 7 приводятся элементарные данные по химическим и механическим свойствам горючего-связующего 'Ь а гл, 10 посвящена внутренней баллистике твердых топлив. В равд. 10.6 — 10.!2 кратко рассматриваются механизмы горения и термическое разложение компонентов твердых топлив.

Этот анализ основан па результатах более восьмидесяти работ, выполненных в основном до 196! г. С тех пор опубликовано много работ по горению твердых топлив в журналах «Ракетная техника и космонавтика», «Сотйпз!!оп апб Р!ате», «Журнал прикладной механики и технической физики> и в сборниках Зугпрозшгп (1п!егпайопа1) оп Сощйцз!!оп [5а, 12а, 24, 42, 46, 49а, 50].