Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Так, количество кислорода, необходимое для окисления углерода окислителя, составит .а для окисления водорода окислителя 8Н.. Таким обравом, количество свободного кислорода в одном килограмме окислителя составит О, — — С,— 8Н,. (Ч. 12) Определим далее наименьшее количество килограммов окислителя, необходимое для полного окисления 1 кг горючего, т. е. величину и,. 8 Так как для окисления 1 кг горючего необходимо — С„+ 8̈́— 8 — О„кг кислорода, а в 1 кг окислителя имеется О,— — С, — 8 Н, килограммов свободного кислорОда, то для полного окисления 1 кг горючего необходимо 8 3 8 Оо — — С, — 8Но 3 килограммов окислителя '.
Это и есть теоретически нвобходимж «аличвство окислигвлл ч,. Таким образом, 8 3 — Сг+8Нг — Ог (Ч. 13) 8 Оо С 8Но 3 ПРимер 4. Определить теоретически необходимое количество окислителя 96%-ной азотной кислоты (967р НМО,+4$ч Н,О) для сжигания в ней керосина состава С„=086; Н,=0,13; 0„00!. Решение: Состав окислителя берем из примера 3. Но=0,020; Оо=о 767; Хо=0213. Теоретически необходимое количество окислителя составит 8 — 0,86+ 8 0,13 — 0,01 3 ' ' ' 323 0,7 — 8.0,0 0, 3,43 ие ННОз~ « рос ' А.
П. В аничев и Г. Ф. Кнорре, Обобщенные расчетные формулы газового анализа,Изд. БНТ, 1946. 173 Таким образом, для полного сгорания 1 кг керосина минимально необходимо 5,45 кг 967г-най азот~ной кислоты. Дл~я расчета теоретически необходимого количества окислителя, если окнсляюшим элементом является фтор, применяется та же методика, которая была использована выше. Рассмотрим применени~е ее к данному случаю на следующем примерк Пример 5. Рассчитать теоретически необходимое количество окислителя— чистого фтора Рг для сжигания с ним горючего — диметилгидразина (СНг)гМгНз. Решение: Так как в качестве горючих элементов в диметилгидразин входят углерод н водород (азот в процессе сгорания не участвует), то для определения количества килограммов Р, необходимого для окисления 1 кг С и Н, надо написать уравнения полного сгорания С и Н са фтором: С+ 2Рз — — СРг 1 кг-маль С+2 кг-маля Р 1 кг-маль СР~,' 12 кг С+ 76 кг Р = 88 кг СРп 1 кг С+6,33 Р = 7,33 кг СРг! Нз+ Рз = 2НР; \кг-маль Н+ 1 кг-мала Р = 2 кг-маля НР; 2 кг Н+38 кг Р=40 кг НР; 1 кг Н+19 кг Р = 20 кг НР.
Из записи уравнений сгорания следует, что на ! кг углерода для полного сгорания т ебуется 6,33, а на ! кг водорода — !9 кг фтора. д иметилгидразин имеет следующий весовой состав: Сг=О 400' Нг 0 134! Мг=О 466. Поэтому при окислении ! кг горючего чистым фтором, считая, чта азот в реакции не участвует, теоретически необходимое количество этого окислителя ч састаиляет ча —— 6,33 Сг+19 Нг — — 6,33 0,400+19 О,!34 = 2,53+2,55=5,08 кг фтора/кг диметилгидразика. В случае применения в топливах гКРД окислителей, состояп(их из двух окислительных элементов (например, моноокисы фтора), понятие теоретически Необходимого количества окислителя становится не таким четким, как в рассмотренных выше примерах.
Дело в том, что в этом случае надо принимать какой-то порядок расходования окюсляющих элементов на окисление горючих элементов. Обычно считают, что фтор выест большее сродство к водороду и поэтому в первую очередь затрачивается на его окисление. Остаток фтора (если он имеется) и кислород моноокиси идут на окисление углерода. Од~нано это предположение не всегда оправдано, и при вьгборе соотношения между горючим и окислителем в таком топливе является первым приближением. 174 Коэффициент избытка окислителя При работе ЖРД не всегда сохраняется точное соответствие количества окислителя количеству поступающего гарючега. На каждый килограмм поступающего горючего может поступить окислителя больше или меньше, чем теоретически необходимо для его сжигания.
В этих случаях ~говорят, что двигатель работает с избытком или недостатком окислителя. Топливо, в котором имеет место теоретическое соотношение между горючим и окислнтелем, называют стехиометринеским топливом. Топливо, в котором имеет место избыток горючего, называется богатым, а где нмЕется недостаток горючего н избыток окислителя — бедным. Обозначим через «действительное отношение окислителя к горючему в топливе. Его можно выразить как отношенвв расходов: (Ч.14) где 6, — расход окислителя в кг/сек; 6„— - расход горючего в кг/сек. Используя выражение ( «'.
14) для действительного отнопьения расходов окислителя и горючего, можно определить секундный расход каждого нз компонентов, если задан только общий расход 6 0=0,+О, 6„+«О„ откуда 0„= 6 1+ч (Ч. 14') О,= О. 1-о« Если разделить действительное отношение компонентов ч ~на~ пеоч ретическн необходимое «., то величина — будет характеризовать чо избыток или недостаток кислорода в топливе. Так, например, если действительное отношение компонентов «=4, а теоретически необходимое «,=б, то это значит, что ч — (1 и мы имеем недостаток окислителя или избыток горючечо го — богатое топливо.
Рассуждая аналогично, можно показать, что при — )1 мы чо имеем избыток окислителя — бедное топливо, а при — = 1 — как чо раз теоретически необходимое количество окислителя, т. е. стехиометрическое топливо. 175 Отношение — обозначается через и и называется коэффиг(иго ентом избытка окислителя. ч и=— то (Ч. 15) Следует отметить, что ракетные двигатели, использукяцие обыч- ные в настоящее время топлива, работают, как правило, при а<" 1, т. е. на богатых топливах. ПРимер 6.
Определить коэффициент избытка окислителя для топлива 96$-ная азотная кислота н керосин, если расход азотной кислоты 0.=12,4 кг/сек, а расход керосина Ог =2,6 кг/сек, Теоретически необходимое количество окислителя ддя этого топлива равно (см. пример 4) ч.=5,45. Решение: Находим действительное соотношение компонентов. По формуле (Ч. 14) Оо 126 ч= — '= — ' 4,8. Ог 2,6 Коэффициент избытка окислителя а равен ч 4,8 о = — = — '=0,88. то 5,45 Таким образом, в данном топливе имеется избыток горючею (богатое топливо). Весовой состав топлива Зная состав горючего, окислителя и действительное весовое отношение компонентов т= и т., легко вычислить весовой состав топлива. Для этого служит следукяцая формула: вгг+о~овго вгг+того (Ч. 16) йгт 1+ото 1+ч Ог+тОо .
)) Нг+тНо т 1+„ ' т 1+, (Ч. 17) Ог+тОо . У~+о)го 1~» т 1+ Следовательно, для определения состава топлива необходимо знать состав горючего, окислителя и коэффициент избытка окислителя а или действительное весовое отношение компотзентов в топливе т. 176 где дгт — весовая доля г-того элемента в топливе; йг! г я! о весовые доли итого элемента в горючем и окислнтеле; 1+ и т. — количество килограммов топлива, приходящегося на 1 кг горючего.
Таким образом, в 1 кг топлива будут, входить следующие количества упперода, водорода, кислорода и азота: Пример 7, Определить состав топлива: окислитель — 96е(е-нзя азотная кислота (96е(е НХОе+47е НеО), горючее — керосин (состзв см, пример 4). Коэффициент избытка окислителя а =0,8. Решение: Находим действительное отношение окислителя к горючему ч (ч. берем из примера 4) ч = ачо = 0 аг 5 45 = 4 36. По формулам (Ч.17) находим состав топлива (состзв окислителя берем из примера 4) Сг+ чСо 0 86 Сг = — — — ' — — 0,161; 1+ ч 5,36 ГНг+ чые 0 13+ 4,36 0,02 0,039; Н, 1+ч 5,36 Ог+ чОе 0,01+ 4,36 0,767 0,626; 1 + ч 5,36 (Ч„+ чм, 4,36 0,213 Мг= = =0 174.
1+ч 5,36 О, Проверка. Для проверки используем уравнение ~ Ег = 1. В нашем примере Сг+Нг-ЬОг+(Чг = 0 161+0,039.~.0 626-~.0,!74 = 1,000. Таким образом, состав топлива определен правильно. $27. ТЕПЛОСОДЕРЖАНИЕ ТОПЛИВА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ Полный запас энергии веществ, которые могут вступать в хи~мическую реакцию, определяется, как известно из гл. П, полным тепло- содержанием — суммой теплосодержания и химической энергишд Физическое теплосодержание вещества 12 г. в. сннерее и и. в, деврееекьскка.
177 Физическое теппосодержание представляет собой количество тепла, которое затрачивается на нагрев данного (химически неив- менного) вещества от абсолютного нуля до той температуры Т, ~при которой оно используется в двигателе. В общем случае физическое теплосодержание весовой единицы газообразного вещества (напри- мер, продукта сгорания), имеющего температуру Т, при учете зави- симости теплоемкости от температуры, как известно, составляет т ~с, ЫТ. т, Так как при термодинамических расчетах важно не абсолютное значение теплосодержания, а его изменение, то температура начала отсчета физического теплосодержания может выбираться произволь- ной.
Если ев обозначить Т,, то условная величина физического тент лосодержапгия составит ) с г(Т. т, Для жидких компонентов топлива, которые практически являют- ся несжимаемыми, теплоемкости при постоянном давлении и объеме равны между собой и могут считаться не зависящими от температуры; они обозначаются буквой с. Тогда для весовой единицы жидких компонентов топлива величина физического теплосодержания будет равна (Ч. 18) 1= с(Т вЂ” Та) Выражение (Ч. 18) показывает, что: 1. Численная величина физического теплосодержания данного вещества зависит от выбранной начальной температуры Т,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
