Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Нельзя даже и говорить о создании камер таких размеров. Те же подсчеты для других рабочих тел дают еще ббльшие значения критического размера камеры. В настоящее время стали известны термоядерные реакции, не связанные с величиной критической массы. Однако для возбуждения этих реакций необходимы посторонние источники высокой температуры. Таким источником пока является только атомный взрыв, но он, конечно, не позволяет использовать возбужденные им термоядерные реакции для относительно медленного выделения энергии, которое необходимо при протекании ядерной реакции в ракетном двигателе.
Другим источником возбуждения может явиться мощный высока- концентрированный газовый электрический разряд, который, как предполагается, позволит управлять скоростью термоядерных реакций. Однако практическому применению такого или- подобного ему инициатора термоядерных реакций в технических устройствах должна предшествовать, очевидно, длительная исследовательская работа. Краткие сведения о возможностях использования энергии ядерных реакций в ракетных двигателях, приведенные выше, показывают, что эта проблема очень сложна и предстоит еще длительная работа, пока применение атомной энергии для ракетного двигателя станет реально осуществимым. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ЗАДАЧИ 1. Какие основные требования предъявляются н топливу ЖРДУ 2.
Какое значение для качества топлива ЖРД имеет большая весовая теплоемкость продуктов сгорания топливаг 3. Объясните, почему в ЖРД выгоднее применять топлива, продукты сгорания которых имеют малое число атомов в молекуле. Разберите этот вопрос на примере сгорания топлив кислород+водород и кислород+углерод. 222 4. Определите газообразованне топлива, продукты сгорания которого имеют молекулярный вес, равный 26,2. 5. Назовите и дайте ~обоснование конструктивных требований к топливу жРД.' 6. Назовите и дайте обоснование эксплуатационным требованиям к топливу жРД.
7. Найдите весовой состав горючего, представляющего собой смесь 40'/, диметилгидразина и 60з/з диэтиламина (данные см. табл, 6). 8. Что называется теоретически необходимым количеством окислителя? 9. Найдите величину чз для топлива 7У/а-ный этиловый спирт+кислород.
Определите элементарный состав такого топлива при а=0,9. 1О. Что характеризует и из каких составляющих складывается полное тепло- содержание компонента? 11. Опишите систему отсчета полных теплосодержаний, предложенную А. П. Ваннчевым. 12. В чем разница между величиной химической энергии и теплосодержа. нием / и при 20' С в системе А. П.
Ваничева? 13. Определите полное теплосодержание метилового спирта 96?юной концентрации по весу, если теплота его полного сгорания с кислородом до жидкой воды и СО, составит 6920 икал/кг. 14. Определите полное теплосодержание 98%-ного раствора азотной кислоты с водой при 20' С, если теплота растворения воды в азотной кислоте составляет †2 клал/кг воды. 15. Определите полное теплосодержание 75з/з-ного раствора этилового спирта с водой при 20' С, если теплота растворения спирта в воде составляет †1 ккал/кг воды. 16. Расскажите аб основных свойствах азотной кислоты и назначении присадок к ней.
17. Назовите горючие, применяемые в топливах на основе кислорода Расскажите об их свойствах. 18. Какие самовоспламеняющиеся топлива вы знаете? В чем их преимущества и недостатки? 19. Какими достоинствами и недостатками обладают металлические топлива? 20. Каковы возможные пути использования энергии ядерных реакций в ракетных двигателях? ГЛАВА У1 ТЕПЛОВОИ РАСЧЕТ КАМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ Тепловой расчет производится для определения удельной тяги и основных размеров сопла жидкостного ракетного двигателя. Он включает в себя расчет сгорания и истечения. В основе расчета сгорания и истечения лежит расчет состава и , температуры продуктов сгорания в камере двигателя и на срезе сопла при заданных давлениях.
Этот расчет обязательно должен производиться с учетом диссоциации, так как в продуктах сгорания остается большое количество химической энергии. ф 31. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРОСТЕИШЕГО ТОПЛИВА Составление системы уравнений для определения состава продуктов сгорания при заданной температуре Расчет состава и температуры продуктов сгорания представляет собой довольно громоздкую операцию, в которой надо ясно представлять смысл используемых уравнений и методы решения их. Поэтому, прежде чем приступить непосредственно к интересующему нас расчету сгорания и истечения в ЖРД, мы на более простом примере изучим способы составления и решения системы уравнений для определения температуры и состава продуктов сгорания. Определим состав продуктов сгорания водорода и кислорода при заданной температуре, равной 3200' абс., и заданном давлении р з = = — 1 ага, если исходная смесь содержала 1 г-моль водорода Нз и 1 г-моль кислорода О,, При этом будем считать, что диссоциация продуктов полного сгорания, т.
е. вцдяных паров, происходит только на молекулярные водород и кислород по уравнению Н,О, Н,+ — О,. > 1 В таком случае продукты сгорания будут состоять из трех газов: водорода, кислорода и водяных паров. Число молей этих газов, которые мы обозначим через Мн„Мо, и Мн,о, будут тремя неизвестны- 224 ми, подлежащими определению. Для определения этих трех неизвестных необходимо составить систему из трех уравнений. В соответствии с рассматриваемой реакцией диссоциации Н,О~Н,+ — О, 2 (Ч1. 1) константа равновесия (см. 5 12) этой реакции записывается в виде 1 Рн,ло„ 2 рн„о (Ч1. 2) (Ч1. 3) 225 1 х+Мн, 15 г. в. симярев и и. в.
лозроволрский. Эта величина в общем случае зависит от температуры, но так как в нашем примере температура задана, то она имеет определенное численное значение, которое составляет 0,0877. Необходимо составить еще два ура~внения для определения соста- ва продуктов сгорания. Их можно найти, если воспользоваться зако- ном сохранения вещества. Так как при химических реакциях не про- исходит изменения элементов, то мы можем утверждать, что коли- чествп элементов, т. е.
водорода и кислорода, взятых до реакции сго- рания, равно количеству этих элементов, находящихся в продуктах сгорания. Уравнения сохранения вещества, написанные в такой форме, на- зываются уравнениями баланса элементов. Так как количество того или иного элемента целиком определяется числом граммолей его, то будем составлять уравнение баланса в граммолях.
Это в данном случае приводит к простейшему виду уравнений баланса. Составим уравнение баланса водорода. До сгорания по условию задачи мы имеем 1 граммоль водорода. После сгорания и диссоциации водород будет входить в водяные пары НзО и в молекулярный водород Н,. Обратим внимание на то, что для образования 1 граммоля водяных паров необходимо затра- тить также 1 граммоль молекулярного водорода. Так как в образовавшихся продуктах сгорания имеется и Н,О и Нм то, очевидно, количество граммолей водяных паров Н,О, образо- вавшееся при сгорании 1 г-моля Н, при наличии диссоциации, будет меньше единицы.
Число граммолей ~водяных паров в продуктах сгорания обозначим через х, т. е. Мн,о =х. Тогда количество граммолей водорода, нахо- дящегося в продуктах сгорания, определяется суммой х граммолей Нь входящего в НзО, и Мн, граммолей свободного молекулярного водорода. Так как по закону сохранения вещества общее количество граммолей водорода при сгорании не изменилось, то, очевидно, эта сумма Равна числу граммолей водорода в исходной смеси, т. е. 1.
Следовательно, или, разрешая относительнб Мн„получим Мн,=1 — х. (Ч1. 4) Такие же рассуждения позволяют составить и уравнение баланса кислорода. До сгорания в исходной смеси находится 1 грамь оль Оз, после сгорания кислород находится в водяных парах НзО и в виде свободного молекулярного кислорода О,. Количество кислорода, вхо'дящее в водяные пары, составляет Чз граммоля на 1 граммоль Н,О. Так как число граммолей воды равно х, то, обозначив число граммолей свободного кислорода Мо„ можно написать 1= 1 х+Мо (Ч1. 5) 2 илн Мо, = 1 — 0,5х. (Ч1.
6) Таким образом, мы получили еще два уравнения для определения состава продуктов сгорания. Обратим внимание на то, что числа балансовых уравнений всегда равно числу элементов, входящих в исходное топливо. Теперь мы имеем три уравнения для нахождения трех неизвестных. Решение системы уравнений для определения состава продуктов сгорания Для решения полученной системы уравнений (Ч1. 2), (Ч1. 4) и (Ч1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
