astrahelp (Расчет системы охлаждения ЖРД), страница 3

ражаемых двумя буквами.

Например, для молекулы Н О допустимой записью имени вещества

является как Н2О1, так и Н2О ; для NaOH - NA1O1H1 и NAO1H (запись

NAOH во входных данных будет рассматриваться как ошибочная).

Внимание ! Стехиометрические коэффициенты, равные

единице, при выводе результатов на эк-

ран дисплея, печатающее устройство и

в дисковый файл (в отличие от ввода)

для удобства восприятия опускаются

всегда.

При написании химических формул газообразных, электронейт-

ральных индивидуальных веществ не требуется никаких вспомогатель-

ных меток. А для веществ в конденсированном состоянии необходимо

дополнительно указывать признак фазового состояния. С этой целью

перед химической формулой ставится комбинация служебных символов

К* . Это позволяет разграничивать газообразные и конденсированные

вещества, имеющие одинаковый химический состав, но разное фазовое

состояние.

Кратность ионизации и знак заряда вещества также отмечаются с

помощью признака. Он имеет вид целого числа со знаком и ставится

через разделитель * перед химической формулой.

Примеры:

+-------------------------------------------+

¦ Вещество ¦ Запись хим.формулы ¦

+---------------------+---------------------¦

¦ CH3 ¦ C1H3 ¦

¦ CO+ ¦ +1*C1O ¦

¦ CO- ¦ -1*C1O ¦

¦ (Al2O3)конд ¦ K*AL2O3 ¦

¦ (BeO)конд ¦ K*BEO ¦

¦ (Ca(OH)2)конд ¦ K*CAO2H2 ¦

¦ I ¦ I ¦

¦ Co ¦ CO ¦

¦ (K2CO3)конд ¦ K*K2C1O3 ¦

¦ H+ ¦ +1*H ¦

+-------------------------------------------+

е) Исключение индивидуальных веществ из расчета.

Ранее в разделе 4.3.1 указывалось, что использование директи

вы <Noion позволяет исключить из рассмотрения при определении па-

раметров равновесия все ионизированные индивидуальные вещества,

присутствующие в базе данных. В дополнение к этому в программном

комплексе предусмотрена возможность выборочного исключения одного

или нескольких веществ из расчетов. Таким образом, в некоторых си-

туациях могут быть смоделированы частично неравновесные состояния.

Список имен индивидуальных веществ, подлежащих исключению из

числа рассматриваемых в текущем расчете должен начинаться с ключе-

вого слова DEL, за которым после знака = через запятую указываются

имена индивидуальных веществ. Их общее количество не должно превы-

шать 20.

Пример: моделировать состав и свойства продуктов

частичного термического разложения гидра-

зина, полагая, что диссоциация до образо-

вания молекулярного азота не происходит.

p = 2.0, I = 1573.0,

(100% N2H4),

del = N2 ;

ж) Назначение (фиксация) концентраций индивидуальных

веществ.

Учет частичной неравновесности исследуемых систем может быть

выполнен в программном комплексе Астра.4/pc путем задания мольного

содержания некоторых компонентов газовой фазы и однокомпонентных

конденсированных фаз.

С этой целью в исходные данные должно быть включено ключе-

вое слово Fix с последующим символом = . Затем записывается хи-

мическая формула вещества (записанная по изложенным выше прави-

лам), символ - (минус) и после него численное значение мольного

содержания этого компонента равновесной смеси.

Пример: ...,Fix = K*AL2O3-7.32, ...

За ключевым словом Fix может указываться список веществ и

концентраций, содержащий до 20 соединений.

При использовании этой возможности программного комплекса не-

обходимо иметь в виду, что для остальных компонентов газовой фазы

и конденсированных фаз отыскивается равновесный состав. Поэтому

задаваемые концентрации не должны превыщать содержание химических

элементов в системе.

Пример: рассчитать состав и свойства продуктов

разложения гидразина, полагая, что сте-

пень диссоциации аммиака составляет О,5

(предельная концентрация аммиака равна

(n)NHз = 39.007 моль/кг)

p = 2.0, I = 1573.0,

(100% N2H4),

fix = N1H3 - 19.503 ;

з) Описание конденсированных растворов.

Алгоритм программного комплекса Астра.4/pc предполагает, что

все индивидуальные вещества, находящиеся в конденсированном (твер-

дом и жидком) состоянии считаются отдельными несмешивающимися фа-

зами, если только они не включаются пользователем в состав одного

из двух возможных конденсированных растворов.

Чтобы включить несколько конденсированных веществ в состав

конденсированного раствора, необходимо ввести в исходные данные

ключевое слово МХ1 = (или MX2 = для второго раствора). За ним че-

рез запятую перечисляются имена индивидуальных веществ, включаемых

в конденсированный раствор.

Пример: MX1 = k*SiO2, k*FeO, ...

MX2 = k*Mn, k*Fe, k*Ni, ...

В этих списках могут быть названы только те индивидуальные

вещества, свойства которых присутствуют в базе данных. Если какое-

либо из перечисленных веществ не представлено в базе данных, то

они в расчете не учитываются и об этом делается сообщение в доку-

ментах, выводимых на печать.

Модель конденсированных растворов, реализуемая в основном ре-

жиме работы программы, предполагает, что тепловые эффекты смешения

равны нулю, а избыточная энтропия определяется как для идеальных

смесей. Однако, если пользователь программы располагает сведениями

о теплотах образования растворов, то эти данные могут быть учтены

в расчетах путем внесения поправок к значениям энтальпии компонен-

тов.

Для избыточной парциальной энтальпии смешения принят следую-

щий вид аппроксимирующего полинома:

(dН)см = (a + b*T + c*x + d*x*T) * (1 - x) ,

где a, b, c, d - числовые коэффициенты,

T - температура,

x - мольная доля компонента в растворе.

Значения коэффициентов a, b, c и d сообщаются пользователем

во входных данных. В списках компонентов, включаемых в первый и

второй конденсированные растворы (МX1 = ... и MX2 = ...), вслед за

химической формулой каждого индивидуального вещества в круглых

скобках указывается по четыре числа, соответствующих значениям

числовых коэффициентов вышеприведенного уравнения. Разделителями

между числами должны быть символы $ (не запятые !). Сами числа

следует записывать в форме с десятичной точкой или как целые. Знак

+ можно опускать. Размерность энтальпии смешения, а следовательно

и коэффициентов a, b, c и d, должна быть либо кДж/моль, либо

ккал/моль в зависимости от директивы ввода ( <InSI или <Inte ).

Пример: при образовании расплава в системе K-Na

избыточные энтальпии смешения равны:

dH(К) = 62.7 + 0.21*T кал/моль,

dH(Na) = 338 + 0.269*T кал/моль.

Рассчитать давление пара над K-Na эвтек-

тикой.

<Noion <Step >

Data = 30 августа, Var = ЭВТЕКТИКА,

v = 0.01, T = 1300,-50,1100,

(100% K68.1 Na31.9),

MX1 = k*Na (1.414 $ 0.001125 $ 0.0 $ 0),

k*K (0.262 $ 0.000878 $ 0 $ 0);

4.3.3. Задание исходной информации к специальным

случаям расчета.

а) определение параметров процесса адиабатического

расширения.

Признаком, который указывает программному комплексу на необ-

ходимость рассчитывать параметры процесса адиабатического расшире-

ния от начального равновесного состояния, служит параметр, опреде-

ляющий условия адиабатического расширения. Он может задаваться с

помощью одного из трех ключевых слов:

PA = ... , FOTH = ... , DOTH = ... ,

за которыми через запятую указывается до шести значений. Одним из

значений может быть не число, а символьная комбинация КР, которая

указывает на необходимость расчета расширения до скорости звука.

Ключевое слово PA обозначает, что задаются значения давления

в выходном сечении сопла в размерности, определяемой директивой

ввода. Ключевые слова FOTH и DOTH применяются тогда, когда необхо-

димо выполнить расчет процесса расширения до заданной относитель-

ной площади сопла или заданного относительного диаметра.

Примеры: ..., PA = KP, 0.35, 0.24, 0.1, ...

..., FOTH = 13.45, 18.5, 36, ...

В основном режиме расчета параметров адиабатического расшире-

ния предполагается использование гипотезы локального термодинами-

ческого равновесия. Однако возможно проведение вычислений с ис-

пользованием различных схем "замораживания" состава в сопле.

Указанием на необходимость проведения расчета с использовани-

ем гипотезы предельно неравновесного ("замороженного") расширения

служит директива <Frex, включаемая в общий список директив.

Программный комплекс позволяет выполнять расчет "замороженно-

го" расширения до заданного давления, заданного относительного ди-

аметра или заданной относительной площади выходного сечения сопла.

Эти условия задаются ключевыми словами PA, DOTH или FOTH. Список

параметров к ним (как и в общем случае) может содержать до пяти

числовых значений и символьную комбинацию КР, указывающую на необ-

ходимость расчета расширения до скорости звука.

При задании DOTH = ... или FOTH = ..."замораживание" состава

производится от критического сечения сопла. То же самое происхо-

дит, если в списке значений для давления расширения (PA = ...)

присутствует символьная комбинация КР.

В тех случаях,когда расчет расширения до скорости звука не

запрошен, "замораживание" состава выполняется от условий перед

входом в сопло (от камеры).

Пример: рассчитать параметры рабочего тела и сопла,

предполагая, что расширение до критического

сечения является предельно равновесным, а

затем "замороженным".

<Frex >

Variant = FROST1, P = 7.5, I = 817,

FOTH = 18.318,(1%C52.43 H83.888 O17.858);

Пример: для тех же условий, что и в предыдущем при-

мере, рассчитать характеристики процесса

расширения, "замороженного" от камеры до

давления Pa = 0.0395 МПа

< Frex >

Variant = FROST2, P=7.5, I=817,

pa = 0.0395,

(1% C52.43 H83.888 O17.858);

Определение параметров адиабатического расширения с "заморажи-

ванием" cостава от заданной температуры требует задания директивы

<Frex и численного значения температуры.

Температура "замораживания" в исходных данных задается ключе-

вым словом Tfr , последующим символом = и числовым значением тем-

пературы.

Пример:

< Frex >

Variant = FROST3, P = 20, I = 0, PA = 0.1, 0.05,

Tfr = 1500,

(1% H2 [-4353.91] ), (6% O2 [-398.3] );

Для проведения расчета с использованием модели процесса расши-

рения, предусматривающей полную задержку кристаллизации

конденсированных частиц, необходимо использовать директиву <NoSol.

В этом случае в расчете не учитываются тепловые эффекты крис-

таллизации и удельная теплоемкость конденсированных веществ экс-

траполируется в область температуры ниже (Т)крист, как если бы

происходило переохлаждение жидкой фазы.

Действие директивы <NoSol распространяется на все конденсиро-

ванные вещества,учитываемые в расчете.

Пример:

< NoSol >

Variant = Nozzle,

p = 4.5, I = -798.27, pa = kp, 0.03,

(100% H23.874 N14.925 O24.48 Cl1.277 Al7.412 C10.821);

б) определение состава и свойств системы за фронтом

ударной волны.

Для проведения таких расчетов в исходных данных должны быть

заданы параметры рабочего тела перед фронтом ударной волны: давле-

ние, полная энтальпия и удельный объем. Значения этих величин за-

даются ключевыми словами p, I, v.

Условия за фронтом ударной волны определяются значениями ско-

рости распространения волны (ключевое слово WS) или давления за

скачком уплотнения (ключевое слово PS).

Кроме того, обязательным является использование директивы

<Shock .

Пример: определить условия за фронтом ударной волны,

распространяющейся в воздухе со скоростью

8000 м/с при начальных условиях: p=0.01 МПа,

I=0.1 кДж/кг, v=0.085 куб.м/кг.

<Shock >

p = 0.01, I = 0.1, v = 0.085,

WS = 8000,

(80 % N2 ),(20 % O2 );

4.3.4. Выбор индивидуальных веществ и их свойств

для включения в расчет равновесия.

а) база данных свойств индивидуальных веществ.

В соответствии с алгоритмом программного комплекса Астра.4/pc

процедура отыскания равновесных параметров и состава фаз исследуе-

мых смесей полностью отделена от информации о термодинамических

свойствах индивидуальных веществ, которые, в свою очередь, органи-

зованы в независимую базу данных на магнитном носителе.

После получения задания на расчет равновесия, в результате об-

работки входных данных, выделяются названия химических элементов,