Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Энергия образования непредельных углеводородов обычно меньше, чем предельных. Энергия образования ацетилена СаНа отрицательна. Энергия образования многокомпонеитных горючих обычно не бывает известна, но так как у больших молекул она невелика, ею нередко пренебрегают. Расчетные теплотворности уточняют путем калориметрических экспериментов. Различают высшую и низшую теплотворность горючего. При определении высшей теплотворности О температуру снижают настолько, чтобы продукты сгорания (обычно только пары воды) сконденсировались. Определение низшей теплотворности О ведут при такой температуре, чтобы все продукты сгорания оставались газообразными. Например, для водорода пр,=2 кг. Н = =28550 ккал/кг; Н= =33400 ккал/кг. 57 100 бб 600 и 2 Продукты сгорания большинства горючих, применяемых для ПВРД, остаются газообразными.
Поэтому для работы ПВРД наибольшее значение имеет обычно низшая теплотворность Н . Пример. Найти теилотворность метана СНи Молеиулирнмй вес метана = рс + 4рн — 12+ 4 = 16. 156 где да†весовое содержание данного элемента в горючем; Е; — теплота реакции горения данного элемента; р, — масса данного элемента а 1 кгмоле продуктов сгорания; Е„ и р„ — энергия образования и молекулярный вес горючего. Элементарный состав индивидуального горючего можно найти по его химической формуле.
Пусть состав горючего выражается формулой С Н Ок Молекулярные веса компонентов обозначим соответственно через рс, рн, ро. Молекулярный вес горючего равен сумме р =про+ лари+ кро. (6. 12) Элементарный состав метана Нс 12 4~ н 4 = — = 0.75; к = — н = — = 0,25. с рг 16 ' ' н рг 16 Теплота образования метана Е = 16000 ккал~кг молы Теплотворность метана опрелеляем по формуле Ов = — ко+ — кн — — = Ес Ен Е с с 2мн н 1б 000 = 28550 0,25+ 7850 0,75 — = 12000 акал/нг, 16 3 3. ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА, СОСТАВА И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ По элементарному составу можно найти количество воздуха, тео- ретически необходимое для сгорания одного килограмма горючего, состав и термодинамические параметры продуктов сгорания.
По уравнению материального баланса, количество кислорода, не- обходимое для сжигания 1 кг горючего, равно тпо= Яо [С]+ ~о [Н] [О] [С]+8[Н] [О] (6 16) рс 2нн 3 Воздух содержит 23,2 весовых процента кислорода. Количество воздуха, необходимого для сжигания 1 кг горючего, =11,6 [С]+34,6 [Н] — 4,31 [О]. (6. 16) 0,232 Количество воздуха, теоретически необходимое для сжигания О„ кг горючего, равно гЛг,.
Отношение того количества воздуха, ко- торое вводится в камеру сгорания гг„ к тому количеству воздуха, ко- торое необходимо для сжигания горючего, называется козффиииен- том избытка воздуха а: а=— (6. 17) ЕО„ Если элементарный состав горючего известен, можно определить состав продуктов сгорания при любом коэффициенте избытка воз- духа. Горячие продукты сгорания содержат СО,, НгО, 1Чг, Ом а также продукты неполного окисления: СО, 1ЧО, СН4Нв, продукты диссоцна- ции: ОН, О, Н, 1Ч и др. Общая масса продуктов сгорания 1 кг горючего в воздухе и„=1+ ~аг.. Определим состава продуктов сгорания при и ь1.
Масса углекислого газа на 1 кг горючего рсо, тсо,= — *8, ° рс 157 Масса паров воды, образовавшихся при сгорании 1 кг горючего рн,о тн,о= — 'К„. 2ин Масса непрореагировавшего кислорода в продуктах сгорания то = 0,232аЛ вЂ” — Кс Кн. 2ио яо мс он Масса азота, включая аргон и другие благородные газы в продуктах сгорания лг, = 0,768аЕ.
Весовые содержания отдельных компонентов в недиссоциированных продуктах сгорания дго найдем, разделив массу каждого компонента тг на общую массу продуктов 1+аЬ (табл. 6. 3); (6. 18) Об определении состава диссоциированных продуктов сгорания говорится в $6 этой главы. Таблица 6.3 Состав недиссоциированных продуктов сгорания керосина 1,0 0,1965 2,0 0,1014 0,0433 1,25 0,1592 0,0679 ! Г «о Юсог о йн,о 0,0000 О, 0000 0,0838 0,0000 0,7197 1,0000 1,0000 0,1280 0,0874 0,0000 0,1040 0,0663 мы о о м он и ОЭ сг О О, 1340 О, 0911 0,0691 0,0000 0,1084 0,0395 0,0000 0,7330 О, 1009 0,2090 0,6555 0,7550 0,7481 0,7910 0,7636 2;г7 1,0000 1,0000 1,0000 1,00000 1,0000 17 кглг!кг гр 29,53 28,72 29,51 28,75 29,48 28,78 29,27 29,93 29, 49 28,77 ио н Инертные газы учтены вместе с азотом.
и м н О. ( о м о м о Ю аг о 'со, 'н,о о го „о, Ф, 0,0440 0,7289 1,0000 ~ 1,5 0,1338 ~ 0,0571 0,0740 ~ 0,7351 ' 0,1122 0,7431 1,0000 0,2320 0,7680 1,0000 Зная весовое содержание всех компонентов дт, можно найти энтальпию, внутреннюю энергию, энтропию, газовую постоянную и теплоемкость продуктов сгорания в соответствии с законами сохранения энергии и материи. Внутренняя энергия и= ~ и,й! ккал!кг. ! (6. 19) Газовая постоянная ! К= ~~у'йд= р — й! кгм7кг. град.
!т! (6. 20) Энтальпия ! ! 1= ~ агат= ~ (и, + 1г! "г) д! ккал/кг. (6. 21) ! ! Энтропия з= ~„'эд ккал!!кг. град. (6. 22) Средний молекулярный вес продуктов сгорания 848 1!2 = 77 (6. 23) Внутренняя энергия, энтальпия и энтропия каждого компонента зависят от температуры. Внутреннюю энергию определяют опытным путем. Результаты некоторых определений сведены в табл. 6. 4. Таблица 6.4 Внутренние энергии газов в икал/ягель' М 3000 2600 600 1800 1000 1400 Газ * Б. Льюис и Г. Эльбе.
Горение, пламя и взрывы в гааза. Изл. иностр. литературы, 1948. Эитальпию и энтропию находят путем расчетов. Результаты некоторых расчетов сведены в табл. 6. 6 и 6. 6. 159 Оз Н2 1'2 гт*о СО ОН но со 32 2 28 30 28 17 18 44 3088 2936 3006 3196 3017 3048 3687 4!35 5511 4978 5216 5534 5247 5!!8 6577 8247 8!28 7!51 7646 8074 7441 7340 9923 12844 10852 9478 10207 10724 10334 97 !О 13655 17698 13667 11954 12857 13439 13011 12255 17790 22703 16570 14545 15500 16!97 15725 14890 21945 278!9 19544 17231 18287 18985 ,18476 17607 26330 33012 Та 6 ли ца 6.
5 Эитальпии газов в ккал!кг" 1800 2200 1000 1400 2600 Газ Таблица 6.6 Энтропии газов ккал в при р = 1 кг(смз кг град тк 1000 1400 1800 2600 3000 2200 Объемное содержание каждой компоненты г! можно найти по известным соотношениям (6. 24) н Я, Б. Зельдович и А. И.
Полярный, Расчеты тепловых процессов при высоких температурах. Изд. БНТ, 1947. 160 02 н .!чт МО СО ОН Н,О СО, 0 Н Н 02 Ня 1!2 ХО СО ОН Н,О СО 0 Н !4 133,8 30620 150,0 860 2535 2275 271 121,1 3854 82780 6256 0,158 7,74 0,174 0,264 0,917 0,823 0,317 0,160 1,085 20,56 1,238 234,2 32040 257,2 964 2643 2444 476 232,6 3978 84760 6398 0,286 0,311 0,397 1,056 1,038 0,577 0,301 1,246 23,11 1,405 340,8 33520 372,4 1075 2760 2621 706 355,1 4102 86750 6540 0,375 10,79 0,407 0,491 1,154 1,188 0,77! 0,403 1,351 24,78 1,516 450,8 35080 492,2 1190 2880 2809 957 483,5 4226 88730 6682 0,445 11,78 0,483 0,563 1,230 1,306 0,928 0,484 1,432 26,03 1,606 5636 36720 б!5,2 1307 3005 3004 1226 615,3 4350 90720 6824 0,502 12,58 0,544 0,622 1,291 1,404 1,064 0,549 1,495 27,02 1,672 679,2 38410 740,0 1425 3130 3206 1506 750,0 4474 92700 6966 О, 549 13,30 0,596 0,672 1,345 1,488 1,18 0,606 1,547 27,85 1,736 797,0 40150 866,0 1545 3257 3412 1794 886 4598 94690 7108 0,592 13,92 0,642 0,714 1,39 1,562 1,283 0„655 1,593 28,57 1,786 Рассчитав состав продуктов сгорания, подсчитывают их внутрен нюю энергию и энтальпию при заданных температурах и наносят на график (фиг.
85). а,й ниал/кг >оро о лпо аю гйп вор гзтдг мро ыоо юа гам гюп гяа гаю гррр зоор т к Фиг. 86. Температурная зависимость внутренней энергии и энтальпии продуктов сгорания керосина без учета диссоциации, Разделив прирост внутренней энергии или энтальпии на соответствуюгций интервал температур, находят среднюю для данного интервала теплоемкость Ьи с,= —; ЬТ Ы с =— ог (6. 25) (6. 26) и среднее значение показателя Пуассона А= —. с„ При стремлении цТ к нулю с., с и )т' стремятся к истинным значениям. Средние теплоемкости продуктов сгорания углеводородов типа керосина представлены на графиках фиг.
86,а и б, рассчитанных в отсутствии диссоциации, т. е. при р-+ос. 11 316 161 избытке Пример. Найти состав продуктов сгорания октава СаН,з прн воздуха о=2. Молекулярный вес СзН<з., р = 8 ° 12+18 = 114. Весовые содержания 8 12 18 <С1 = = 0,843; <Н] = — = 0,157. 114 ' ' 114 Теоретически необходимое количество воздуха Е = 11,5 0,843-1-34,5 0,157 = 15,1. г„ гр о<И й6 ДПП тгдУ Э<7 77<Ю го<а< УООО туг й ТК а7 Фиг. 86. Температурная зависимость средней теплоемкости и показателя адиабаты без учета диссоциации. а1 р =1 <ти Л1 р =1 <т< я р 1<т1. Количество воздуха при а = 2 аЕ =30,2.
Вес углекислого газа в продуктах сгорания 1 яг октана <хсо, 44 <С) = — 0,843 = 3,09. ~с Весовое содержание СОт 3,09 3,09 нсо 0 0992 со~ 1 -1- аб 3< 2 Вес паров воды в продуктах сгорания 1 яг октана <Рн,о 18 — [Н! = — 0,157 = 1,41. Рн, 2 Весовое содержание НгО о 1'41 1 41 8й,о = = = 0,0453. 1 +аЕ 31,2 162 Вес азота в воздухе 30,2 0,768 = 23. Весовое содержание азота ен — — — = 0,7435. 23 31,2 Весовое содержание кислорода в воздухе 30,2 0,232 = 7,00.
Половина этого кислорода израсходована на образование СОт и НзО. Весовое содержание свободного кислорода 7,00 ео = — ' = 0,1120. о, 2 31 2 Делаем проверку: Ксо+ ян,о+ Кн, + Юо, — — 0,0992+ 0,0453+ 0,7435+ 0,1120 = 1,000. Газовая постоянная А' н средний молекулярный вес и продуктов сгорания l ясо, ян,о ян, ко, 1 1с=848 ' + — + — + (= рсо, Рн,о Нн, Но, РД0992 0,0453 0,7435 0,1121 =848~ ' + ' + ' + ' ~ — 29,5 «гм/«г град; 18 848 848 Р = — = — = 28,75. Л 29,5 Умножив весовой состав продуктов сгорания на внутренние энергии, теплссодержания или энтропии компонентов и сложив полученные произведения, найдем и, г и з продуктов сгорания при данной температуре. После этого можно вычислить теплоемкссти ср, се и показатель Пуассона А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
