Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Поэтому ,.). /и ) = 16,5 = 84 ккал/кг. зз' с 1000 пс (НО,>.) и >96,3 Пример >1. Рассчитать полное теплосодержание жидной воды при темпера- туре 20'С. Решение: Полное теплосодержание жидкой воды составляется из: а) теплоты образования газообразной воды нэ стандартных элементов, учитывающей химическую энергию ее ЬНгэз — — — 57,79 нкал/г-моль; б) теплоты перехода 5Нпгриз газообразного состояния в жидкое; при 1 ага н 20' С она равна — 10,56 ккал/г-моль, Таким образом, полное теплосодержание жидкой воды при 20'С составит )/п >го'с = — дН»м+ ЬНп,р — — 57,79 — 10,56 = — 68,35 ккал/г-моль пн,О>м нли в ккал/кг (рн о — — 18): ! >п ] = — 68,35 — — 3795 икал/кг.
- зо с 1000 пн,о! „' 18 Пример 12. Рассчитать полное теплосодержание жидкого кислорода прн температуре кипения (90' або.). Решение; Полное теплосодержание жидкого кислорода в соответствии со сказанным выше будет составляться иж 1) Количества тепла, которое надо отвести от газообразного кислорода, чтобы охладить его при постоянном давлении от температуры 293' абс, до 90' або. Оно равна б/пп» вЂ” — ср (90 — 293), где ср — теплоемкость газообразного кислорода.
Для двухатомных газов прн низких температурах теплоемкость с р равна (см. 9 9) 7 7 гр —— — А/7 = — 1,986 7 ккал>кг-моль. 2 2 Теплоемкость, отнесенная к ! г-молю, будет, очевидно, в тысячу раз меньше гр — — 0,007 икал/г-моль, Тогда Ь/ох»=0,007(90 — 293) = — 1,42 икал/г-моль Знак «минус» оэначаещ что тепло от кислорода отводится. 2) Теплоты перехода газообразного кислорода в жидкое состояние. Она равна при температуре 90' абс. и атмосферном давлении — 1,63 ккал/г-моль.
Считаем„ что это тепло перехода остается постоянным при любых давлениях, в том числе н для давления, под которым жидкий кислород подается в камеру 186 сгорания. Это предзоложениа, конечно, неточно, но учет зависимости теплоты перехода от давления привел бы нас к тому, что свойства топлива зависели бы от конструктивных параметров двигателя Такая потеря обшности расчета термохимических параметров компонентов топлива не компенсируется незначительным повышением точности расчета. Таким образом, для жидкого кислорода при 90'абс, полное теплосодержание составит [/з 1эо зас = а/охл+ ЬНззр — — — 1,42 — 1,63 = — 3,05 ккал/г-моль или в ккал/лг 1000 1000 [/„ !Э~ 'ак = — 3,05 — = ( — 3,05)= — 96 клал/кг.
При расчете полных теплосодержаний иногда, приходится пользоваться теплотами образования, определенными не при 20'С, а при иных температурах. Рассмотрим соответствующий пример. Пример 13. Определить полное теплосодержание жидкого этилового спирта СзНзОН, охлажденного до температуры — 50' С, если дана его теплота образования при 50'С: аНззз= — 66,45 ккал/г-моль Решение: Полное теплосодержание спирта в этом случае будет составляться из: !) Теплоты ЬОззгр, необходимой для нагрева стандартных элементов, входяших в спирт от 20 до 50'С.
2) Теплоты образования этилового спирта при 50'С д Н„,= — ББ,45 ккал/г-моль, 3) Теплоты дЯохз, которую необходимо отвести от спирта, чтобы охладить его до — 50'С. Для образования 1 г-мелл жидкого спирта (СзНзОН) необходимы следующие количества стандартных элементов: 2 г-агома твердого углерода в форме Б-графита, 3 г-моля газообразного молекулярного водорода Нз и '/з г-моля газообразного молекулярного кислорода Оз.
Соответствующие теплоемкости составят: для углерода 0,0021 ккал/г-малая водорода Нз и кислорода О, (двухатомные газы) ср — — 0,007 ккал/г-моль. Тогда 60нзгр = 2 0,0021 (50 — 20) + 3 0,007 (50 — 20) + 0,5.0,007 (50 — 20) = =0,86 клал/г-моль спирта. Теплоемкость жидкого спирта составляет 0,027 ккал/г-моль, Тогда ДО„хз = 0,027 ( — 50 — 20) = — 1,89 ккал/г-моль. Полное теплосодержание жидкого этилового спирта при — 50'С составит [!з ! — Ю'С = Ь(зазгр+ ЬНан+дЯ„„„= 0,86 — 66,45 — 1,83 зс,н,он]м = — 67,40 клал/г-моль = — 1460 ккал/кг. Теплосодержание горючего или окислителя, составленных несколькими индивидуальными химическими веществами, вычисляется по формуле 1а ~ /и Кь+ д/рзсгзз (Ч.
23) где / » — теплосодержание /г-того компонента в топливе нли окислителе в ккал/кг; ' д» вЂ” весовая доля й-того компонента в топливе или окислителе; /з! „, — теплота .растворения одного вещества в другом. 181 Теплота растворения обычно дается в ккал на единицу веса или на ! г-моль растворяемого вещества. Для сложных горючих, состоящих из очень многих индивидуальных химических соединений даются, как прав~иле, не весовые доли компонентов, а элементарный состав горючего, и не теплоты их образовании и,растворения, а просто теплота горения данного горючего, определенная в калориметре.
В этом случае определение полного теплосодержания производится на основании уравнения сгорания в соответствии со следующим примером: Пример 14. Определить полное теплосодержание 96о)о-ной азотной кислоты с добавкой 4о)о воды при 20'С. Теплота растворения воды в азотной кислоте составляет — 280 ккал/кг НеО. Решение: Воспользовавшись формулой (17. 23) и вычисленными выше значениями полных теплосодержаний воды и азотной кислоты, получим ~ 1н ] зо с — 0 961нно + 0 041н о + 0 04Ырееге — 0 96 ( 660) + + О, 04 ( — 3795) + О, 04 ( — 280) = — 795 клал! кг. Пример 16.
Определить полное теплосодержание керосина, если при полном сгорании его с газообразным к слородом в углекислый газ СОе и в жидкую воду НеО прн 20'С выделяется 10870 клал/кг. Состав керосина С„=0,858; Н„=0,135; О *=0,007. Решение: Чтобы составить уравнение сгорания керосина, определим теоретически необходимое количество кислорода для сгорания керосина данного состава.
По формуле (У. 13) 8 — 0,858+8 0,135-0,007 Уев 3 3,35. 1,0 (т'. 24) 1000 1п = — 94,05 = — 2140 «кал)кг; со, ' 44 1000 1п = — 68,35 — = — 3795 клал)кг. но 18 Поды валяя значения теплосодержаний в уравнение баланса (У!. 24), получим 1п. керосина = 3 14 ( 2140)+ 1,21 ( — 3795)+ 10870= — 440 икал!кг. 188 При полном сгорании керосина в кислороде продуктами сгорания его будут только углекислый газ СО,н вода Н,О.
Воспользовавшись уравнениями сгорания (Н. 9) и (У.10), найдем, что при сгорании керосина количество образовавшегося углекислого газа составит: 11 — 0,858=3,14 кг; количество образовавшейся воды: 9 0,135=1,21 кг. 3 Тогда уравнение сгорании керосина примет нид ! кг керосина+3,35 кг О =3,14 кг СОе+1,21 кг НеО+1О 870 ккал.
Зная уравнение сгорания керосина, по закону сохранения энергии (уравнению баланса энергии) будем иметь 1п.пересоне+3,351п = 3,14 кг 1п +1,211п о +10870. ~е Полное теплосодержание газообразного кислорода при 20' С в принятой системе равно нулю, Полное теплосодержание 1„ и 1п при 20 С равно (см. табл. 3 и пн,о пример 11) Полное теплосодержание топлива составляется теплосодержанием горючего и окислителя, входящих в него. На 1 кг горючего приходится 1+ и кг топлива. На это количество топлива горючим вносится полное теплосодержание, равное 1,; окиолителем же вносятся ч1 .
Поэтому полное теплосодержание 1 кг топлива 1„в ккал/кг составит 1 "г "о 1 +ч1 "т 1+ч (Ч.25) 1п = "1п ттв'с = — 795 кнал,'кг; 1п = 11п. пер) = 440 клал)кг. г По формуле (ч'!. 25) находим полное теплосодержание топлива: 1п„+ 1п — 440-!-4,2 ( — 795) 1„ — 727 ккал)кг. "т 1+» 1 1-4,2 Полное теплосодержание продуктов сгорания топлива При тепловых, расчетах ЖРД проходится определять также полное теплосодержание продуктов сгорания топлив при различных температурах.
Как уже указывалось, продукты сгорания углеводородных топлив при высоких температурах представляют собой смесь газообразных компонентов: СОт, НгО, СО, ОН, ХО, Нг, Ом Иг, Н, О и Х. Соотношенрае этих компонентов зависит от температуры сгорания. Чем выше температура сго~ран~ия, тем больше будет в этой смеси продуктов диссоциации. Полное теплосодержани~е каждого из этих компонентов 1„, при данной температуре равно сумме физического теплосодержания при этой температуре и химической энергии, оцениваемой теплотой образования данного компонента. Величины полного теплосодержания каждого из компонентов 1„, в зависимости от температуры в принятой системе отсчета приведены в приложении 3.
Подсчет полного теплосодержания смеси продуктов сгорания 1 кг топлива производится по формуле 1п =ЕЛА,. (Ч. 2б) ! тДЕ Ме — ЧИСЛО ГРаММОЛЕй г-ТОГО ГаЗа, ПРИХОДЯ4ЦЕЕСЯ На 1 Кг СМЕСИ продуктов сгорания. 159 Пример 16. Определить полное теплосодержание топлива: 967е-наи ааотнаи кислота+керосин; при 20' С, ч =4,2. Решение: В примерах !4 и !5 были найдены полные теплосодержании авотиой кислоты и керосина. Они равны Числа граммолей М; выражаются обычно через общее число граммолей продуктов сгорания, приходящихся на 1 кг топлива Мв и объемные доли газов, составляющих продукты сгорания г~ М = Мтге (Ч. 27) Как известно, (Ч.28) где р; — парциальное давление 1-того газа в смеси; Рх — общее давление смеси газов; 1000 Мз — — —, в, (Ч.
29) здесь яв — кажущийся молекулярный вес продуктов сгорания. По формуле (П. 5) рх = ~ в,.г, (Ч. 30) 1 или с учетом (Ч. 28) ~ч 1 С1 из= 7 и1 = 7~ АР~ рх рз откуда 1000 1000р, Мх= (Ч. 32) Хер~ Подставим (Ч.32) и (Ч.28) в формулу (Ч.27); после сокраще- н~иЯ на Рв полУчим р, 1000р, (Ч. 33) Беж После подстановки (Ч. 33) в (Ч. 26),получим расчетную формулу для определения полного теплосодержания продуктов сгорания М~ Х 1,р~ ! При проведении тепловых расчетов (см.
гл. Ч1) необходимо, чтобы подсчет полного тепласодержания топлива и продуктов сгорания .проводился в одной и той же системе отсчета. Связь между полным теплосодержанием и величиной теплотворной способности топлива Величина полного теплосодержания используется при расчете ЖРД и характеризует запас энергии топлива. Та~кой же характеристикой топлива является теплотворная спо1собность его Н . Поэтому должна быть вполне определенная связь 190 между величиной теплотворной способности и величиной полного теплосодержания. Под величиной леплотворной способности подразумева личество тепла, выделяющегося при стор в лива.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
