Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Таким образом, теплота образования н химическая энергия продуктов сгорания всегда отрицательны. Теплота образования, а следовательно, и химическая энергия таких веществ, как ОН, ХО или атомарные газы, положительна, так как для образования их из стандартных газов в молекулярной форме необходимо затрачивать тепло. Следует отметить, что в некоторой части литературы, особенно в химической, знак теплоты образования определяется как раз из противоположных соображений.
Если на образование данного продукта тепло затрачивается, то теплота образования его считается отрицательной и, наоборот, если тепло выделяется, то теплота образования считается ,положительной. Поэтому при использовании справочных данных по теплотам образования необходимо обращать внимание на то, в каком смысле употребляется знак теплоты образования.
Величина теплоты образования обычно приводится в ккал/г-моль. Система отсчета полных теплосодержаний Численное значение величины полного теплосодержания зависит от принятой системы отсчета теплосодержания. В литературе, посвященной расчетам ЖРД и вообще расчетам температур и состава продуктов сгорания, встречается большое число различных способов отсчета теплосодержаний. Системы отсчета полных теплосодержаний различаются,по двум основным признакам: 1. Принимается, различная начальная температура отсчета физических теплосодержаний Та 2. В разных системах условно химическую энергию относят к различным веществам.
Ее можно относить или к горючим элементам, или к окислительным элементам, илн к образовавшемуся веществу. Кроме того, химической энергии может быть, как мы уже говорили, приписан различный знак. Поясним оказанное примером. Образование воды происходит по известному уравнению 1 Н, + — Оь — — Н,О. 2 При этом выделяется энергия, равная — 57,8 ккал/г-моль, и написанное уравнение имеет вид 1 Нь + — О,= НгΠ— 57,8 ккал1г-моль. Выделившуюся энергию можно отнести к горючему элементу, т, е.
водороду, и если мы дадим ей положительный знак, то получим 182 Уа — ЫУззз + ) ср суТ, (Ч. 20) а для жидких веществ Т„дНо +с(Т вЂ” 293). (Ч. 21) В связи с отмеченнымгз выше условиями полное теплосодержанив компонентов топлива при температуре 20' С, которая чаще всего принимается за начальную температуру компонентов топлива, поступающего в двигатель, равно его теплоте образования дНоззз. з я. Б. Зельдович и А. И. Полярный, Расчет тепловых процессов прн высокой температуре, Изд.
БНТ, 1947. ' А, П. В а н и ч е в, Термодинамический расчет горения н истечения в области высоких температур, Изд. БНТ, 1947. 183 так называемую теплотворную способность водорода '. В этом случае химические энергии кислорода Оз и воды Н,О будут равны нулю. Точно так же выделившуюся энергию можно отнести к окислительному элементу — кислороду Оз или к образовавшемуся веществу НзО, считая химическую энергию соответствующих двух других компонентов равной нулю.
Наиболее логично относить выделившуюся или затраченную при протекании реакции энергию к образовавшемуся веществу. При проведении тепловых расчетов выбор той или иной системы теплосодержаний не является существенным. Необходимо только весь расчет, т. е. расчет полных теплосодержаннй горючего, окислителя, топлива гз продуктов сгорания, проводить в одной системе отсчета полных теплосодержаний. В дальнейшем мы будем использовать систему отсчета теплосодержаний, предложенную А.
П. Ваничевым з. В этой системе отсчета: 1. Химическая энергия, выделяющаяся или затраченная при протекании реакции, относится к образовавшемуся в результате реакции веществу. Химическая энергия стандартных элементов в связи с этим равна нулю. 2. Химическая энергия вещества учитывается путем введения в полное теплосодержание величины его теплоты образования при 20'С, т. е. величины ЛНзззме, или сокращенно ЬНззз. Такой способ оценки величины химической энергии не вносит никаких погрешностей в расчеты (если их выполнять в одной системе), но удобен тем, что теплота образоВания веществ наиболее часто определяется ииенно пртз этой температуре. 3.
Химвческая энергия'считается положительной, если она затрачивается на образование вещества, и отрицательной, если она при этом выделяется. 4. За нуль отсчета физических теплосодержаний принимается температура 20' С, т. е. 293,16' абс. (или условно 293' абс.). Таким образом, в используемой системе отсчета полных теплосодержанвй величина Тч для вещества, имеющего температуру Т, будет определена соотношением Химическая энергия (аНэ) и полное теплосодержание в системе А. П. Ваничева при а)'С (теплота образования при 293' або.-аНмг) стандартных горючих н окислительных элементов, а также продуктов сгорания и продуктов диссоцнацин топлив ЖРД Полное теплосодержаиие гя при 20'С (или ЬН:эг) Состоя- Химическая формула Химическая Вещество иие энергия кнал,'г-моль вещества клал(г-моль клал)кг Твердый графит Гаэ Углерод 0 0 0 0 — 94,05 — 57,79 — 64, 15 0 0 0 0 — 2140 — 3210 — 3210 Н О, рг Мг СО, НО НР 0 0 0 0 — 93,64 — 57, 10 — 64,17 Водород Кислород Фтор Азот Углекислый гаэ Вода Фторкстый водород Окись углерода Гидроксил Окись азота Атомарный водород Атомарный кислород Атомарный фтор Атомарный азот — 945 +595 + 720 +51 700 — 26, 42 +10,06 +21,60 +52,08 — 26,80 +10,00 +21,47 + 51,63 СО ОН 1ЧО Н +59,15 +3690 + 58,59 О +18,29 +85,56 +962 + 6100 +17,80 + 85,12 184 Поскольку в большинстве случаев температура, при кото~рой компоненты топлива используются в двигателе, равна 20'С или близка к ней, величина полного теплосодержания компонентов топлива в основном характеризует запас их химической энергии.
Величины химических энергий и полных теплосодержаний в системе А. П. Ваничева (теплот образования ЬНгэг) стандартных горючих и окнслительных элементов, а~ также продуктов, которые могут образовываться в камере ЖРД, цриведены в табл. 4. Полное теплосодержание стандартных элементов при 20' С равно нулю. При этой же температуре полные теплосодержания продуктов, которые могут образоваться в камере ЖРД (СОг( Н,О; НР; СО; ОН; (чО; Н; О; Р; (ч), равны их теплоте образования.
Как показывают данные табл. 4, полные теплосодержания при 20'С очень близки к величинам химических энергий. При этом для продуктов сгорания (СОг( НгО; НР и СО) при 20'С величина 1. отрицательна, а для других газов — положительна. Таблица 4 Расчет полных теплосодержаний горючего, окислителя и топлива Итак, в соответствии с изложенным выше понятием при расчете полных теплосодержаний горючих или окислителей необходимо учитывать их химическую энергию и физическое теплосодержание. В используемой системе отсчета ~полное теплосодержание индивидуального химического вещества (горючего или окиснителя) складывается иж 1.
Теплоты образовани~я вещества из стандартных элементов, определенной при 20' С. Онв учитывает химическую энергию вещества. 2. Теплоты нагрева или охлаждения вещества от 20'С до той температуры Т, при которой оно используется в двигателе. 3. Теплоты перехода из одного агрегатного состояни~я в другое, взятой с соответствующим знаком, если теплота образования вещества дана не для того агрегатного состояния, в котором оно применяется в двигателе. Так как теплоты образованн|я даются о~бычно в ккал/г-моль, то н расчет полных теплосодержаний ведется в этой размерности.
Для пересчета полных теплосодержаний в ккал/кг надо учесть, что 1 кг 1000 вещества содержит г-молей его (где и — молекулярный вес н данного химически индивидуального вещества). Тогда формула для пересчета будет иметь вид: 1„ннал)нг = г'„нналгг-моль 1000 (тг'. 22) Рассмотрим несколько примеров, касающихся наиболее важных случаев расчета полных теплосодержаннй топлив ЖРД.
Расчеты производятся в системе А. П. Ваничева. Пример 9, Рассчитать полное теплосодержзние жидкой 100%-ной азотной кислоты при 20'С. Теплота образования жидкой азотной кислоты при 20 С и давлении в 1 ага из стзндзртиых элементов Нг, Ог и Хг (молекулярные газы) составляет й Нггз= — 41,66 ккол1г-моль. Отрицательный знак теплоты образования указывает нз то, что при образовании НМОз из стандартных Н„Ог и (чг тепло выделяется и запас энергии в азотной нислоте меньше, чем запас энергии в механической смеси стандартных элементов. Решение; В данной системе химическая энергия'стзндзртных элементов равна нулю и полное теплосодержзние жидкой азотной кислоты при 26' С ~!п 1го'с со"нно,~м стзвляется только теплотой образования ее (гп зге'с = ГгНгэг = — 41,66 клал(г-моль, "нно,>к Проведем пересчет теплосодержзния в ккол/кг по формуле (Ч.221 1000 1000 ~1п тзг С = — 41,66 = — 41,66 = — 660 икал/кг.
нно, 185 Пример 1О. Рассчитать полное теплосодержание окислителя — жидкого тетра- ннтрометана С(>40»)«, если он подается в камеру сгорания подогретым до 85'С. Теплота образования тетранитрометана ЬН,дг — — +8,80 икал/г-моль, а теплоемкость его составляет О,!2 ккал/г-моль 'С. Решение: В соответствии с формулой (Ч. 2!) )/и >м'с — ЬНо + Сс!но > (85 20) =8 80+0 12 65 = пс!ко > ) эо з с!ной,м = 16,5 икал>г-моль. Молекулярный вес тетранитрометана рс о > — — 196,3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
