Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 38
Текст из файла (страница 38)
При этом исходное топливо н продукты сгорания должны находиться (так же как и прн определении теплоты образования) при одинаковом давления и' температуре. Так как по закону сохранения энерфим тепло, выделившееся при'~ одинаковом давлении в начале и конце горения, может быть полу- ~ чено только за счет изменения теплосодержания топлива прн пре- ! вращении его в продукты сгорания, то величина теплотворной спо-; собности будет равна разности полных теплосодержаний топлива ' и продуктов сгорания, взятых при одной и той же температуре Тгм равной температуре топлива~ до начала с1кщанмя Н~и (Тпт Тпп с1 ТВ' (17' 88) с или и фии + хим фиип химп с ( фиат физп.
с) + ( химт Тхимп. с)' Таким образом, теплотварная способность представляет собой сумму разностей физических и химически~к теплосодержаний топлива н продуктов сгорания. Теплотворная способность определяется обычно при низких температурах, так что Ти составит 300' абс. (18 — 27сС). При этом условии изменение физическим теплосодержаний при сгорании топлива и превращении его в продукты сгорания сравнительно невелико и основную долю теплотворной способности составляет изсьенение химических энергий. Таким образом„можно считать, что Н„= (У„„„— 7,„„) = ЬН.
( 17. 33) Рассматривая величн|ну этой разности, мы видим, что теплотвориая способность тем больше, чем меньше химическая энергия ~продуктов сгорания 7. и чем больше химическая энергия топли*~и. с ва1 Прежде всего отметим, что теплотворная способность топлива, состоящего из данного горючего и данного окислителя, в большой степени зависит от вх соотношения в топливе, т. е. от величины или а. При этом для данного топлива максимальная теплотворная способность будет иметь место,при стехиометрическом соотношении компонентов тп, т. е, при а=1.
При а(1 не может происходить полное сгорание, в связи с чем и химическая энергия продуктов сгорания Тт„.„, не будет наименьшей. При а>1 будут образовываться продукты полного сгорания, но в общей массе продуктов сгорания их будет меньше, чем при а=!, так как в продукты сгорания будут входить и недоиопользованные окислительные элементы. Таким об,разом, средняя химическая энергия всех продуктов сгорания опять не будет достигать наименьшей величины.
191 Поэтому при определении теплотворных способностей мы будем всегда относить их к случаю 'се=1, так что Н, = ( 7„„„— У,„, )„,. (!1. 37) В технических расчетах обычно теплотворную способность вычисляют в том предположении, что продукты сгорания, которые могут конденсироваться при низких температурах (например, водяные пары), уходят из тепловой ма!пины в испаренном состоянии и уносят с собой соответствующее тепло, уменьшая теплотворную способность топлива; Значок «и» в индексе при теплотворной способности и обозначает такое предположение, а величина О, называется низигей теплотеорной способностью.
Пример !7. Определить'низшую теплотворную способность топлива дизтиламин+жидкий кислород при 20' С=293' або. Решение: Для определения величины Нк по формуле (Ч. 35) необходимо знать полные теплосодержания при 20'С и « =1 топлива и продуктов сгорания. В соответствии с данными табл. 6 состав диэтилаыин~а (СчНсн) следующий: Сг = 0 657' Нг = 0 152! Ог =0' Мг=О 191. Теоретически необходимое количество окислителя (0.=1) по формуле (Ъ" 13) составит 8 8 чг= — Сг+ВНг= 0 657+8 0 152=2,97 3 " " 3 Нам необходимо знать теплосодержанне топлива при 20'С, но окислитель (жидкий кислород) при этой температуре в двигателе использован быть не может.
Поэтому при определен~ни 1„теплосодержание жидкого кислорода надо ге с т брать при температуре его кипения — !83'чэ. Тогда полное теплосодержание топлива при 20'С и и = ! будет по формуле (Ч. 25) и с учетом сказанного выше равно 1го с,1 — гвз'с +те и "т 1+чз 1го с = — 400 ккал(кг (см. табл. 6); 1„'зз "= — 96 ккал1кг (см. табл. 5). "г о Тогда с 400+ 2 97( 96) 1э — = — 170 клал!'кг. эт 1+ 2,97 Для вычисления полного теплосодержаиия продуктов сгорания надо апре- делить нх состав. В продукты полного сгорания прн « = 1 будут в данном случае входить СОь НгО и Хг. В соответствии с уравнениями полного сгорания углерода и водорода весовые количества этих газов будут равны 11 ГСО, = Ст,' ЕН О=9Нт,' ям =Мт 3 (ибо азот в сгорании не участвует). Весовые доли углерода, водорода и азота в топливе Ст, Нт и )Чт по формулаы (М.
17) с учетом «=! и 0.=1 составят Сг 0,657 Нг 0,152 С,= = — '=0,166 кг; Н = —" = ' =О,ОЗВ; 1+чз 1+2,97 ' ' 1+че 1+2 97 Мг 0 191 1 + чц 1 + 2,97 192 тогда 11 асо = 0,166=0,608' гн 0=9'0 038 0 343 ан =0,049. Проверка. Полный вес всех продуктов сгорания должен составить 1 кг: Ксо, + Кно+ Ун,=0,608+ 0,343+ 0,049 1,000. Состав продуктов полного сгорания определен верно. Полное теплосодержаиие продуктов сгорания 1п составит юс пп.с Ю'С 20'С 20' С ю с '„., ='.,гсо,+'н Сан;+1пн гн, При этом полное теплосодержаиие НвО надо брать для паров воды, ибо мы определяем низшую теплотвориую способность, а полное теплосодержаиие моле- куляриого азота (стаидартиый элемент) равно нулю, Значение полных теплосолержаиий продуктов сгорания 1п берем из ю с табл.
4. Тогда 1пл спп — 2140 0,608+ ( — 3120).0,343= — 2370 клал/кг п. с. пп.с Используя формулу (Ч.35), получим 1120' с 120' с 120' с 170 ( — 2370) =22()0 к ко*/кг. и пт пп с Перейдем к опенке величины Н для ~различных топлив. Из вы- ражения ('Ч. 38) можно заключить, что повышения теплотворной способности топлива можно достичь за счет сниЖения химической энергии продуктов полного сгорания или за счет увеличения хими- ческой энергии топлив.
Химическая энергия продуктов полного сгорания зависит от типа образующихся молекул, т. е. от тех элементов, которые входят в топливо. Повышение теплотворной способности топлива поэтому возможно за~ счет истюльзова~ния элементов, которые дают продук- ты сгорания с большой отрицательной химической энергией. На этом основаны попытки использования в ЖРД металлов (алюми- ния, магния, бора) и других элементов в качестве горючих, а также использование в качестве окислительного элемента фтора. В ре- зультате сжигания таких веществ часто получаются соединения с большой отрицательной химической энергией.
Для топлив, в состав которых входит углерод и водород, а окнслительным элементом является кислород, величина химической энергии продуктов полного сгорания тем ниже, чем больше содер- жани~е в топливе водорода, имеющего на 1 кг продуктов сгорания более низкую химическую энергию (условно теплоту образования а//звз)~ ( — 3210 ккал/кг) по сравнению с углеродом ( — 2140 ккал/кг). По этой же причине возможно применение в качестве горючего ЖРД жидкого водорода. Этому пре!пятсрвует, одна~ко, очень малый удельный вес жидкого водорода (7=0,07 кг/л), значительно более низкий, чем у других горючих. Для обычных углеводородных горючих нефтяноти п~роисхожденип содероканне водорода примерно постоянно и 'составляет 12 — 18% Химическая энергия продуктов полного сгорания таких горючих с кислородом поэтому изменяется мало.
В компоненты топ- 13 Г. Б. Спвврсв и Я. В. Доерововьсппа. 193 лив ЖРД входит иногда и связка — азот, не участвующий в сгорании и являющийся балластом. Химическая энергия всех продуктов сгорания такого топлива при а=1 зависит также от содержания в нем балласта, т. е. в обычном случае — от содержания азота. С увеличением содержания балласта химическая энергия 1 кг продуктов полного сгорания увеличивается. Поэтому в соответствии с формулой (Ч. 37) теплотворная способность топлива', содержащего азот, будет меньшей.
Мы видели, что для увеличения теплотворной способности топлива можно идти также по пути увеличения его химической энергии /,„„,. Так как !,„„„определяется теплотой образования горючего и окислителя, то чем большее значение имеет теплота образования компонентов, тем выше будет теплотворная способность топлива Н .
Как уже указывалось, теплота образования разли~чных веществ изменяется в широких пределах и может быть отрицательной и положительной. Очевидно, что выгоднее всего иметь возможно боль/ную положительную теплоту образования компонентов топлива. Так, например, для образования из молекулярного кислорода 1 кг озона надо затратить около 730 ккал/кг нли 34 ккал/г-моль.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
