Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 47
Текст из файла (страница 47)
17') Рсо, Рн, Эта реакция осуществляется при получении генераторного газа путем вдувания паров воды в атмосферу окиси углерода над слоем раскаленного угля, отдающего тепло, необходимое для образования водорода, и называется реакцией образования водяного газа. Она имеет также важное значение в процессах, протекающих в камере сгорания ЖРД. Особенностью реакции образования водяного газа является то, что в отличие от реакций, ее составляющих, она проходит без изменения числа молей (объема). Следовательно, состав продуктов сгорания, если они образуются в соответствии с этой реакцией, не зависит от давления ~в камере сгорания. Указанное обстоятельство снижает эффект повышения давления как меры, препятствующей диссоциацни в камере ~КРД продуктов сгорания углеводородных горючих.
Константа равновесия К,, так же как и константы равновесия всех других реакций, идущих с затратой тепла, увеличивается при увеличении температуры. Следовательно, с увеличением температуры в смеси газов будет увеличиваться содержание окиси углерода и водяных паров. При низких температурах ~в равновесной смеси, наоборот, будут преобладать углекислый газ и молекулярный водород.
Уравнение реакции водяного газа часто используется при проведении расчетов равновесных состояний. 232 (Ч!. 19) (Ч!. 21) Рсо,; Рн,о, Рсо, Рн,,; Ри,, до,, дно, Рон; Рн; Р, и Р,. Кроме того, нам не известна температура в камере сгорания, величина которой определяет значение констант равновесия. Таким обРазом, всего в уравнениях реакций диссоциации содержится 12 неизвестных величин. 233 3.
Реакция диссоциации водяного пара на водород и гидроксиль- иую группу Н,О~~ОН+ — Н,+10,00; 2 1 2 (Ч!. 18) гн,о 4. Реакция образования окиси азота М, + О, ~ ~2ХО + 21,47; 2 К, = =Л (7'), Рн.,Ро, проходящая с затратой тепла и без изменения числа молей. 5. Реакция диссоциации молекулярного водорода на атомарный: Н, +2Н+51,63; Рй 7~5 .15 (7) Рн, 6. Реакция диссоциации молекулярного кислорода на атомарный О, ~ 20 + 58,59; 2 Ро ~Б У6 (7)' Ро, 7. Реакция диссоциации молекулярного азота на атомарный И, ~ ~2М + 85,12; Д = — =Л(7).
(Ч!. 22) Рн, Семь приведенных реакций являются наиболее вероятными из тех, которые могут протекать в камере сгорания. Остальные реак- ции, например, реакции образования углеводородов (типа метана СН~) при температурах, имеющихся в камере сгорания, учитывать не следует, так как при высоких температурах углеводороды не- устойчивы и не могут содержаться в камере )КРД. В приведенных семи уравнениях констант равновесия реакций диссоциацни содержится 11 неизвестных парциальных давлений га- зов, составляющих продукты сгорания, а именно: Составление уравнений баланса элементов Как было установлено выше, уравнения баланса элементов составляются путем приравнивания количества элемента, входившего в топливо, количеству этого же элемента, входящего в продукты сгорания.
При составлении балансовых уравнений для камеры сгорания ЖРД будем выражать количество элемента, входящего в его состав, в кг на 1 кг топлива или же на 1 кг продуктов сгорания. Рассмотрим подробно способ составления уравнений баланса элементов на примере составления уравнения баланса азота. Количество килограммов азота, приходящегося на 1 кг топлива, по уравнениям (Ч. 17) составит М,= (Ч1. 23) 1+э Для подсчета количества азота в продуктах сгорания будем иметь в виду, что он входит в состав следующих 'трех газов: молекулярного азота Им атомарного азота И и окиси азота МО.
Обозначим через Мн,, Мн; Мно числа граммолей этих газов, приходящихся на 1 кг продуктов сгорания. В одном граммоле молекулярного азота Из содержится 2Х 14= =28 г азота, а в 1 граммоле атомарного азота Х и окиси азота ИО содержится по 1Х 14= 14 г азота. Следовательно, количество азота, входящее в продукты сгорания в граммах на 1 кг продуктов сгорания, составит 2 14Мн,+1'14Мн+1'14Мно и в килограммах на 1 кг: — (2 14Мн,+1'14Мн+1'14Мно)= (2Мн,+Мн+Мно). 1 ' н но 1000 В полученном соотношении перейдем от числа граммолей газов к величинам парциальных давлений их. Для этого рассмотрим две величины: суммарное давление, под которым находятся продукты сгорания рз, и общее число граммолей всех продуктов сгорания Мв, приходящееся на 1 кг топлива (1 кг продуктов сгорания).
Тогда (см. $31) числа молей азотосодержащих газов запишутся в виде Мн, Мз и'; М„=Мт —; М„=Мз —, (Н1. 24) ръ ре ре н количество азота, входящее в 1 кг продуктов сгорания, можно записать так: 14 М вЂ” — (2Рн, +Рн+Рно). (Ч1. 25) 1000 р, По смыслу уравнений баланса элементов следует приравнять это количество азота тому количеству его, которое имеется в топливе. Окончательно балансовое уравнение для азота примет вид 1Чг+ чар 14 Мз М.= = — — '(он,+Ри+Рио).
1+. 1ООО р, (Ч1. 26) Схема построения балансовых уравнений, как показывает разо- бранный выше пример, такова. Общим коэффициентом перед скоб- кой, в которую входит сумма парциальных давлений, является от- М, ношение, умноженное на атомный вес элемента, для кото1000р,' рого записывается балансовое уравнение. Парциальные давления, входящие в балансовые уравнения, берутся с коэффициентом, рав- ным числу атомов данного элемента, находящихся в молекуле дан- ного газа. На основании этого остальные балансовые уравнения для углерода, водорода и кислорода запишутся в следующем виде: Сг+ чСо 12Мз С,= " ' ' = ' (рсо, +рсо); 1+ 1000р, (Ч1. 27) Нг+чН 1М Н,= ' = (2Рн,о+2Рн,+Рон+Рн)1 (Ч1 28) 1+ч 1Ооор Ог 4 чОо 16Мг О,= ' = ' (2ро,+2рсо,+Рн,о+Рсо+ 1+ч 1000ра (Ч1. 29) +Рон+Рно+Ро).
Дополнительные уравнения для определения состава и температуры продуктов сгорания В полученных выше четырех уравнениях баланса появилась еще два дополнительных неизвестных — число граммолей продуктов сгорания, приходящихся на 1 кг топлива Мз, и общее давление рз. Общее давление определится как сумма парциальных давлений продуктов сгорания Рз =Рсо, +Рн,о+Рсо+Рн, +Ро, +Рн, +Рон+Рно+Рн+ +Рь+Ри=Урн (Ч!.
30) Величину Мз также можно выразить через парциальные давления газов, составляющих продукты сгорания. Обозначим к а ж уши йся молекулярный вес смеси продуктов сгоранияия через и . По фо м ле 11.7 235 р у ( ) — У, Ргр1 рз м~й 1 1 иг смеси газов с кажущимся молекулярным весом из состав- 1 1000 лает — часть кг-моля, или — граммолей. Из из Следовательно, число грамьголей в 1 кг равно 1ООО 16ООр, 7Р!е = у 1МР~ ! (П. 327 нения (ЪГ1. 26), (Ъ"1.
27), (Ъ'1. 28) и (Ъ'1. 29), можно записать в виде М, 16 ОС>, 16ОО (Ч1. 33) д,Хнр Бед ! ! Последним уравнением в рассматриваемой системе будет уравнение сохранения энергии, которое для сгорания при отсутствии отвода тепла от камеры имеет вид (ЪГ1.
15) [7пд Ь ' Для решения этого уравнения необходимо уметь находить полное теплосодержание продуктов сгорания при заданной температуре. Если состав продуктов сгорания определен (т. е. найдены р;), то легко подсчитать полное теплосодержание их при заданной температуре (см. 9 27), используя таблицы полных теплосодержаний, приведенные в приложении 3 —,~ l„р, Рх (Ъ'1. 34) или с учетом (Ч!.33) Х ги;Р~ 4 1'!Р! ! (Л. 35) Окончательный вид системы уравнений н решение ее Сведем уравнения, описывающие гателя, в единую систему, опуская система примет следующий внд.
1 2 1. й;= — '"'* =г,(7). Рсо, 1 Рн,о состояние газа в камере двипромежуточные формулы. Эта (Ч!. 35) ! 236 Ме откуда видим, что отношение —, входящее в балансовые урав- Ръ или Рсо Рн,о Рсо,Рн, 1 г Рон Рн, Рн,о =Л(Т) Рн, Ро, г — -=Л(Т) Рн Рн. г — = 7,(Т). Ро Ро, " =Л(Т). Рн. Кеа = Кв= 4. К,= 8. К,= 'Кб (Ч1.88) 8". С,= . (Рсо,+Рсо). 12 Х ЕгРг ! 9.
Н,= (2Рн,о+ 2Рн, + Рон+Рн). 1 Х ЬЧРг 1 ' 14 10. М,= (2Рн, +Рно+Рн) Хг1ЧРг 11. О, (2Ро, +2Рсо,+Рн о+Рсо+Ран+ 1б хегрг г +Рно+Ро) 12. Т„= [1„„,~)г; Хигрг 13. рг =— Рт 14. Рт = ~,Р. = Рг. г / 237 В эту систему из 14 уравнений входит 14 неизвестных величин, а именно: 11 парциальных давлений газов, составляющих смесь,,рв, Рг =Рг и Т„поэтомУ пРинципиально она может быть РазРешена. Полученная система уравнений, если бы она была сведена к одному уравнению (так как зто было сделано (в разобранном выше * Уравнения баланса элементов ввписвны с учетом (Ч1. ЗЗ). примере), дала бы уравнение очень высокой степени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
