Волков Е.Б., Мазинг Г.Ю., Шишкин Ю.Н. - Ракетные двигатели на комбинированном топливе (1048762), страница 16
Текст из файла (страница 16)
чсм полиметилмстакрилат (П1т)51), Одиако возникПОВсппв жидкОГО слОя при Опрсдствппых ус:1овпях паГрспа Возможпо для многих материалов, в том число и для Пй(й!. Опрсдслим иижикмо тряпицу тсь1псрат) рпого рсжиз1а (рсжима нагрева) твсрдого блока, при которой наступает явление «капельного уноса». По аиалопш данного явлсипя с устойчивостью жидкой пленки при охла5кдеипи йК(ЭД можно утверждать, что толщина устойчивои пленки нс должна ирсвышать толпшны ламииариого подслоя х» в пограшщшзм слос виешпсго течспия.
Как известно из упиверсального закона распределения скоросги в пограиичюм слог, эта толп!пня равна; -т» = — !—..— '3. 50; Гдс 1'-„—. фрикциопиа51 скорость; 1' =- г т» О,„; т, — напряжсппс трения па поверхности раздела «Газ— жидкость»; о»„1, --. Соотвстствеппо плотность и вязкость жидкости; х' -- безразмерная толщина ламииарпого подслоя (х5 =- ! 1,6). Приравнивая правые части выражеппй (3. О0) и (3.
49), находим пороговую скорость газификации и«а. шгжс которой начинает сказываться «капсльпый унос» вещества с поверхпости: 55 ."Г» (, с. «1„, т5 — г,, 53. 51'1 В силу принятых допущений уравнение (3.5!) Може. быть использовано лишь для грубой оцснки пороговой скорости. На ~риасдешюм вь1ше графикс скорости газификации П5Ый! (см. рис, 3.6з), согласпо эксперпмситальным давным работы [2!), облзс1ь «капельиого уноса» твердого компонента располагается ниже значения ь«И=0,008 сх15С.
Грапица области «капсльного уноса» показана иа рис. 3.6 пупктирпой линнИ. '1. 4. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮШИЕ НА ПОВГ5РХНОСТИ ГАЗИФИКАЦИИ тБГРЦОГО коатпоненГА При выводе формуль1 лля определения скорости газифпьапш1 пр151тсссы, протскакмцие 1ш самой иоверхиостп газификации, ьак таковыс изми ис рассматривалисги Опп иашли Ограгксиис В грзиичиом условии 311лачи теплом ассоперс1ПУса В Виде коисчиыт э51сргстичгских характеристик. Ввил) иагк1ш11 роли эп1х и)шис5- сов и обшем процессе гореиия топлива, оии заслугкива1от сп;- циальиого рассм5мрешгш Поступление твср пи о компоисита В газовую среду моэкгт быть обусловлено различиыми явлспиями: пзмеиеиисм агрегп1- ПОГО состо51 Пик 1суотимаппя, илаВл11иие с иослсдующим испар11.
иием); ЮОУичсскпми ирсвращеипямп. вызываемыми иагревгзм материала: лиспергироваиисм кш1деисироваииых частиц вьиюкокипяпгих добавок, Материалы, когоры1 могут бы1ь использоваиы и качес1вс твердоп1 комиоие1па ГРЛ, в соответствии с особепиостями их поведсипя при нагреве моэкио разделить па следующие группы: 1) твердые горкгчие )тлеводоролиого типа; 2) тверлые окислителя; 3) металлизировапиые горючис; 4) твердые топлива с избытком горючего. 3.
4. 1. Твердые горючие углеводородного типа Как показывает аиализ 51атериалов этсио типа, потеиш1альио прпгг5лиь1х к использовапик1 в ГРЛ. наибольший практический питерсе прслставляют полимеры; из пи:1 в первую очсрель —- полиэтилеп, полис1ирол, исйлои и полиметилметакрилат )ПММ, или плексиглас). Характер15ыс свойства этих горючих привелсиы в табл. 3.
3, составлепиои по лаипым работ 14. !8, 26, 32). Газификация указаппых соелиисипй при иагревс является следствием их химического разлогкеиия — пиролпза, В ГРП ппролиз пг1лимеров протекает в резкимс быс1рого нагрева веигества 1рсткпм теплового улара). Тсмиературиый градиеит в материале вблизи повергои1стп согласпо урав шишо 13.43) бклст равси: — =. 1Г,— Г„) —" ~Ум и В)ффс1сгпв51ос время прогрева матсриала ло температуры поиерхиости В первом ириб.шгксиии определится как .к„р За .,1. О ' и ит Для ПММ при скорости газификации — 1,0 —:1,5 мм,Ус, принимая сшласпо работе 138) эффсктпвиый коэффициент Темпсра- ко гуропроводности рааиым 1 10-т ягзтс, получаем т, 1О ' с. Гаа ггтна 5..3 !лед)ИЛ леи ! стнгэил гйатсриал !лд113а 33 санг,ю с-ня с,н,о) 100 .~ 1119-:— !210 ),46 ! 0,184 Формула мопомера тяолскуляриая масса мои<игера 11лотносгг, в кггмк Улет!мгпи тсилоемкоста и в ям!к))кт К) Козффищ!ент гсгитоиронолиости Х в итоги ° К! Коэффициент темпера.
т)чтоироаоляисги г! в и,'с Температура гаанфияа. ияя в К*! Теплота сгорания в к г)жМ 104 1025 1,92 1!3 !100 1,67 920 920 2.30 9,232 ! О,З32 ~ О,т3)2 !1,32 )0 ' 1,29 10 — тг),29 1О !0),95.10-7 1,29. 10-г 665 675 35 600 ! 675 ' 630 ! 16 500 39 400 10 гх!й " Тсмисраг)ра, при которо1! нашнается заметное разложение ленного вен!ест!)а, При таких высоких скоростях нагрева реализуется так назыВаемый ли!Изйпый пиролпз Вещсстид, когда г!)рОнт реакпнн хнмп.
ческого разложения распространяется В Веществе с постоянной скоростью и одномерно. Как показывает эксперпмеит, пиролиз болыиипства полимероа представляет собой реакщио первого порядка ио опьогиеишо к исходному Веществу. При этом массовая скорое)ь газификации сВязаиа с характсрпстигег!)ги кн!Ытики ппролиза и с темпера ту. рой пОВсрхпостп Т, дна!!сиз!остью пг,: — ом.=: Км,с' 13. 33) где Е -- энергия актпаащш для апреле.)ян)щей реакции раз- ЛО:КСНПЯ; гт --уииасрсальиая газовая постояииая; Аим — предэкспгшепциальиый множитель. Значения Е и К„,, могут бьыь определены по эксперпмеигд ты!ым азины)!! гп и, — Ь иа (1:7я!)-С! Тм) 1п К м,::=-. 1и гг! и — - - !и г)„ Е ггн! ))! и пэ -- лиисйиьи' скорости ииролизэ (Гэзифика)и)Й).
соответствующие температурам поверхности газификации ?',,! и Гсь Осиовпая трудность эксперимента состоит в то'и)ом! определсиии температуры поверхности 7,. Одним из возможиых методов опрсдслепия ?', является использоваш)е заделаиных в материэл микротермоиар. В процессе пагрсва термопары вначале регплрирПот пзмепсипс )смпсрятуры твердого материала, а затем, после прохож )еиии спэя тсрмопары чсрез повсрхиость Гэзп.
фи кации, — темпера )уру газовой среды. 1! )лом па тем пературисгй кривой, обусловлсииый переходом тсрмоиары пз коидсисировшнигй фазы в гэз, позволяет ус)аиовить )емиератур) повсрхиости газификации. Этот мс'! )д оыл испол)ыован в рэгкпс )381 Реп)страцпя Г,. может бы)ь осуществлена также с помошшо оптических методов. .'!ля опрсде,)опия кинетических характеристик линейного пиролиза в последнее время получил зиачителш)ое распространение ))етод горячей иластииы, Суть этого метода состоит в том, что образец испытываемого вещества прижимается с постоянноп силой к металлической пластине, иагретой до )адэииой температуры, которая иоддержнвасгся посгояпной.
Во Время Ги)ь)та рсГист)мц))!.Тся температура повсрхиости илястипы п скорость псрсмсщеш)я оорэзца (см, рабгнтя [34, 36, 44, 50)). 14эк покэзывшот исследования. лиисйиый пиролиз по свопм кииетическим характсрпс)икам сушсствсипо отличается ог термодсструкцип того жс материала при мсдлепиом нагреве. Между )ем, до иедэвисГО Врем!'Ии д)я изучсиия тсрмп;щструкш)и ПО;)и. меров применялись методы. оспопаииыс иа медленном нагреве (порядка псскольких градус!и) в минуту) Вещества, при котором по Всей массе исиьпывасмого образца устапавливялась одинаковая теэ)перэтурэ (изотсрмич!."скпе условия ироцссся).
Э)и тря цшпопиые для химической лабораторной прэк)пкп изотермические методы (весовой, волюмстрическпи, кялорпметрпческий) пс могут бь)ть использовпиы для исследования киистпки ппролпзэ в ! Р В протекающего в совсршеппо иных условиях По этой жс причии! Иедопустнмо использование кппс)н )еских ха)рэк)еристик ш)ролпза, определенных для полимеров изотермическими х)стадах)и, Гь)я расчета скорости Газификации этих материалов в ГРД. В ТЭОЛ.
3. 4 дЭИЫ ЭКСП!.РИМ!'ПТЯЛШ)Ы! ЗИЭЧСИИВ СКОРОСШ! газификации ПММ, полученные иа эксперимептальиом ГР)(, иривсдсииьщ В рэоот!' (38), э также сти)твс)с)ву)ощие э!из! Скоростям темпера)уры иовергпн)сти газификации, замерепиьи. с помощьн) хромельагиомелевых термопар диаметром 15-:-25 мкм. В ди)х дру)их колш)ках приведены рэсчешияс зэачсипи скорости Газификации.,:Яэииь)с ко)!Опкп (1) Оыли ряссчитяпы Т.,' ау)гром и М. Пеком по кинетическим ." Ярэктеристикам ПМГ)1, получсш!ым С. Мадорским (см работу )18!) Ири изогерми иском яв нагреве а условиях вакуума. Эисргпя актпваш!и, получспиая в этих )словиях, составляет 155000 краж'моль. Расчетные зиачспия и отличаются От экспсримеятальиых иа целый порядок.
В колоикс; (2) приведены зиачсппя и, рассчитанпыс нами по кипспшсским характеристикам лииейиого пиролиза ПММ, полученным методом горячей пластины Р. Чсйкеиом (см. работу [50[). Хотя большой разброс зиачсиий Т, вследствие иссовершспства экспсриз!опта, призиаваемого самими авторами работы [38[, и затрудняет объсктивиос срависпис данных расчета и эксперимента, как видно из таблицы, расчет дает зиачспия и, олпзкие к экспериментальным, Таблица Д 4 ! и.10з см,'с 7 л К [Экснерн- ' Расчет ! Расчет мент ~ (]) ! (2) и 10! см)с Эксиерк-[ Расчет Расмент ! (1) .чет (2) 660 ~ 7,7 О,!1 705 ' 9,0 0,65 705 7 5 ! 0 77 670 6,0 ( 0,13 7,3 ~ 0,27 ! 4,96 7,5 [ 0,94 6,5 0,094 3,87 4,!2 7,02 7,0'2 4,67 675 710 655 Как показывают исследования лписйиого пиролиза искоторых полимеров, при больших скоростях нагрева и исизотсрмическом характере процесса происходит перераспределение скоростей отдсльиых стадий пиролиза. При этом меняются и кпиет!шсскис характсристики процесса.
Так, согласно даппым работ [36[ и [50[ при низких скоростях разложения полистирола (и(З !Ое са!/С) эпсргия активации составляет (17 —:2!) Х Х!О' кДж!мол!ч приближаясь к значению, полученному классичсскпзп! изотсрмичсскимп методами при высОких скоростях для того жс материала [Е= (5 —:6) 10' ИДж)моль), что оказывается близким к скрытой теплоте испарения мопомсра ( — 4 10' ИДТИ!а!Оль).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
