Сарнер С. - Химия ракетных топлив (1049261), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Образец диаметром 9,5 мм и толщиной 6,4 мм помешают на подставку, находящуюся в держателе, и заключают в стекчяниую трубку из стекла пирекс наружным диаметром 19 мм, пропускающую лучистую энергию. С помощью тонкого луча света, 4пз 11. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПЛИВ Ф н г. 1!.!. Схема электролуговой отражательной печи 1 — проекционное зеркало; 2 — катод «алтри»; 3 — отверстие в дисках, !— держатель образца; 5 — 4!окусирующее зеркало; 6 — верхняя часть стала, 7 — бесступенчатая передача «Грехам»;  — механизм вращения дисков-затворов; У вЂ” затвор; !Π— механизм подачи угольныт стержней; !! — выпрямитель; !у — анод. импульса энергии.
Для уменьшения отражательной способности диска его покрывают угольной сажей в восстановительном газо- вом пламени. Тепловая энергия печи определяется по формуле В = тел л!'!'Аг, (11.1) связывающей поток энергии с массой диска т, удельной тепло- емкостью ср, приращением температуры ХТ, площадью облучаемой поверхности А и продолжительностью импульса энергии д Затем можно вычислить энергию воспламенения в любом опыте, умножив известную величину потока энергии на продолжитель- исходящего из источника, помещенного вместо угольного катода, определяется положение образца, в котором он получает наибольшее количество энергии.
Лучистая энергия печи определяется с помощью медного дискового калориметра. Небольшой медный диск такого же диаметра, как и образец топлива, помещают в держатель образца. К задней стороне диска припаивают термопару из тонких проволочек, с помощью которой определяется температура диска непосредственно после поступления ность импульса. Развертка кривой электродвижущей силы по времени на экране осциллоскопа регистрируется кинокамерой. По этой развертке можно точно определить приращение температуры диска. Печь периодически калибруется с помощью этого прибора. Испытания показали, что экспериментальные данные хорошо согласуются с действительными значениями энергии воспламенения топлива в ракетных двигателях и могут использоваться в качестве исходных данных при проектировании двигателей ГОО 77 ч а 1 2 Ф и г.
11.2. Результаты исследования воспламенения углеводородного топ- лива с помощью злектродуговой отражательной печи. С помощью этого метода можно точно определить влияние давления, температуры, старения топлива, характеристик поверхности и изменения состава топлива на процесс воспламенения. На фиг. 11.2 представлен типичный график зависимости энергии воспламенения от времени старения топлива и температуры поверхности.
Он построен по данным, полученным с помощью электродуговой отражательной печи. В этих испытаниях использовалось смесевое твердое топливо с углеводородным горючим- связующим. ' з й 2 й Н. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПЛИВ 409 а д В гд 12 17 12 орсмл рглирднил, недалр 41О ~Ь МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПЛИВ 11.4. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫИ" ТЕРМИЧЕСКИИ" АНАЛИЗ Дифференциальный термический анализ — это метод измерения тепловых эффектов, связанных с физическими и химическими изменениями, которые происходят при нагревании веществ или их смесей.
Нагревание проводят с постоянной скоростью, Обычно 1О град/мин, когда хотят получить качественные результаты, или со скоростью 1 град/мин, когда требуются количественные результаты. Регистрируемые тепловые изменения могут быть эндотермическими (образец поглощает тепло) или экзотермическими (образец отдает тепло). Эндотермпческими являются фазовые переходы, например изменения кристаллической структуры веществ, плавление, испарение, сублимация, обезвоживание и некоторые реакции разложения, в то время.
как большинство реакций окисления и некоторые реакции разложения являются экзотермическими. Обычная кривая нагревания представляет собой график температуры образца в зависимости от времени. При постоянной скорости нагрева температура возрастает по линейному закону. Когда начинается эндотермический процесс, наклон кривой уменьшается (в предельном случае до нуля) до завершения процесса, и после этого возобновляется прежний ход кривой. Наклон конечного участка кривой может отличаться от начального, сели теплоемкость образца изменилась. Когда начинается экзотермический процесс, крутизна кривой возрастает, так как выделяющееся в процессе реакции тепло добавляется к теплу, получаемому образцом от печи. Прп дифференциальном термическом анализе одинаково нагревают образец и термически инертное вещество (обычно окись алюминия) и измеряют не абсолютную температуру, а разность нх температур.
Тогда эндотерма будет изображаться пиком, направленным в одну сторону, в то время как пик экзотермы направлен в противоположную сторону. Коли. честно и положение пиков можно использовать для качественного анализа, а площади под кривыми пропорциональны тепловым эффектам. Кривые результатов нагрева и дифференциального термического анализа для одного и того же вещества представлены на фиг. 11.3. Метод термического анализа был разработан в конце Х(Х столетия Ле Шателье [30] и был дополнен дифференциальным методом Робертс — Остина [37, 38]. Этот метод был применен к исследованию глин и минералов в начале ХХ столетия и в настоящее 'время является стандартным способом исследования многих веществ. Гордон и Кэмпбелл [24] использовали метод термического анализа для исследования неорганических окислителей.
Современное экспериментальное оборудование позволяет сейчас применять этот метод для проведения очень точных измерений. и. методы экспгриментдльного исследования топлив 411 Образец, установленный в держателе, помешают в нагревательный блок, обычно изготовленный из тугоплавкого металла или керамики. Держатель и блок могут влиять на результаты измерений, и поэтому надо тщательно выбрать нужные материалы и не менять держатель в процессе проведения серии связанных между собой испытаний.
Для нагрева используют печь, рремя Ф и г. 11,3. Графическое представление результатов нагрева (веркина кривая) и дифференциального термического анализа (нижняя кривая) одного и того же ве- щества. а для измерения температур образца и эталонного вешества— термопары. При исследовании органических соединений печь можно нагревать инфракрасной лампой, а для получения высоких температур обычно применяют омические тепловыделяющие элементы. Разность температур записывается х — у-самописцем 1разность температур в зависимости от температуры образца) или обычным самописцем (разность температур в зависимости от времени).
В последнем случае, как правило, одновременно записывается температура образца. Аппаратура и методы исследований описаны в работах )26, 45 и 46!. 4!2 11 МЕТОДЕ! ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПЛИВ 11.5. ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Термовесами называется устройство для измерения изменения веса вещества при его нагревании. Он состоит из точных ве- Ф и г. ! !.4. Схема термоаесоа Шеаеиара. сов и печи, которые приспособлены для непрерывных изл1ереннй и регистрации изменения веса и температуры !фиг. 11.4). При помощи тсрмогравиметрического метода можно исследовать адсорбцию и абсорбцию газов, коррозию, взаимодействие И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТОПЛИВ 4]3 с газами, связанные с увеличением веса, а также испарение, десорбцию, сублимацию, обезвоживание, десольвацию, разложение с выделением газа, связанные с потерями веса.
Этот метод в основном применяется для определения интервалов температур сушки и при количественном исследовании высокотемпературных реакций и термической стабильности. Метод термогравиметрического анализа был предложен Хонда [27] в 19!5 г. Однако первые записывающие термовесы были сконструированы Шевенаром и др. [7] в 1944 г. и появились в послевоенные годы. Прибор записывает показания на фотопленку, но" его можно приспособить и для электронной записи, как это было сделано Гордоном и Кэмпбеллом [24]. ! 1.6. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ При дифференциальном термическом анализе нагревают образец и эталонное вещество и измеряют разность их температур. Однако можно компенсировать эту разность температур путем подвода дополнительного тепла к образцу нлн эталонному веществу, так что образец и эталонное вещество будут иметь одинаковые температуры.
Необходимые для этого величины подводимой электрической энергии соответствуют изменениям энтальпий образца и эталонного вещества. Этот тип прибора разработан [36] и имеется в продаже под названием «дифференциальный развертывающий калориметр». Так как этот прибор является сравнительно новым, мы не можем дать оценку его характеристик, но, вероятно, он станет хоро. шим инструментом для проведения термического анализа. !!.7. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦ Измерение размеров частиц твердых веществ, используемых в ракетных топливах, имеет первостепенное значение.
Размеры частиц твердых фракций в твердом ракетном топливе влияют на его насыпную плотность и тем самым на способность обволакивания частиц жидкими полимерами с образованием сплошной жидкой фазы. Следовательно, плотность «упаковки» смеси оказывает влияние на технологичность топлива. Иногда приходится использовать частицы различных размеров (бимодальное или полимодальное распределения), чтобы получить оптимальные «упаковки» и технологичность. С изменением размеров частиц изменяется суммарная площадь поверхности контакта компонентов и, следовательно, скорость протекающих реакций.
Поэтому для обеспечения воспроиз- 4Ы «. методы экспвгиментхльиого исследовлния топлив водимости необходимого качества топлив длительного хранения требуется строгий контроль размеров частиц. Еще важнее то обстоятельство, что с изменением скорости реакции изменяется скорость горения топлива, которая должна поддерживаться в строгих пределах. Методы измерения размеров частиц разнообразны. Некоторые из них являются довольно грубыми и применяются только для предварительных работ — начального разделения веществ илн для приемочных проверок. Некоторые методы дают возможность определить только средний размер частиц, а другие — распределение частиц по размерам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
