Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 10
Текст из файла (страница 10)
,~,~ а! г тГ ~Р Следовательно, э =— (4. 9) Хаьжт~ 1 1 Значению х' соответствует массовое стехнометрическое соотношение А„,а (кг окислителя/кг горючего) и объем ное стахи ометрическое соотношение А„э (мз окислителя/мз горючего) ком ион ен топ то~пл ив а. Очевидно, что йш=" Ьо/рг)' о о( (4.
10) (4. 11) где о„о,в — плотности горючего и окислителя. Фактическое (действительное) соотношение компонентов в топливе Й, Ь„(или и) на практике чаще всего отличается от стехиометрического. Отношение .величины А, А, (или и) к соответствующему стехиометрическому значению называют коз ф фи ци ентоо м н з б ы т к а о к н с л и т е л я аэ,.
а а„х (4. 12) ао аэ Как видно, а,„является относительной безразмерной величиной. При стехиометрическом соотношении окислителя и горючего коэффициент а,„=1. Обычно используют ракетные топлива с недостатком окислителя по сравнению со стехиометрическим, т. е. прн нов ( 1. Значения А и Ь„связаны очевидными соотношениями с массовыми т,„, т, и объемными К„, и Р, расходами компонентов толлива ЖРД: Ь =лг /т;, А =Ь' /Р„. Массовые и объемные доли ставляют чэ 1 й' = — К=— 1+ам ' " 1+а„ 1+э, ' ' 1+а гней п~.й и 48 (4. 13) (4. 14) компонентов топлива при этом со- (4, 15) (4. 16) По известным значениям а„и яч можно составить химическую формулу условной молекул ы двухком по вен ты ого топлива.
Количество атомов 1-го химического элемента в услов- нои молекуле равно б„=б„+Очки'Ь, а молекулярная масса Р„= Р„+ О„„Х~Р,к. (4. 18) Рассмотрим в качестве примера расчет для двухкомпонентного топлива ЫгОа+ (СН4)414МНа (ров=92016, )ь=60,102) при аов=0,8. В соответствии с формулами (4.9) и (4.10) мольное н' и массовое Ь ч стехиометрические соотно- шения равны 8 + 8 + 0 а.о~в в' = — — = 2,0 моль ок!моль г; ЬО = 2,0 †' = 3,06 кг ок!Кгг, — 8 60,102 а число атомов в условной молекуле топлива составляет Ьс=20; Ьн=8,0; Ьн =20+0,8.2,0 2,0=5,2; за=08 20.40=64 Химическая формула условной молекулы топлива записывается в виде СтлНка)4ктОал или в соответствии с формулой (4.
1): Аю — С, А1в — Н, Аы) — 14, А<0 — О; Ь„=2,0; Ь, =8,0; Ь, =5,2; Ь„=6,4; молекулярная масса топлива равна 207,3 кг)моль. 4. 4. а. пАРАметРы многокомпоиентнОГО тОплиВА Если многокомпонентное топливо задано массовыми долями, то условную формулу такого топлива надо составлять так же, как и для сложного компонента (формулы (4.7) и (4.8)). Соотношение между окислительными и окисляющимися (горючими) элементами в многокомпонентном топливе можно характеризовать коэффициентом избытка окисл иге льны х элем е н т о в а. Суммарное число окислительных валентностей в условной молекуле топлива равно сумме произведений числа атомов окислптельных элементов на нх высшую (электроотрицательную) валентность, т. е. ~1 — 1 Ь„то В то же время стехиометрическое (соответствующее полному окислению) число окнслительных валентностей должно равняться сумме произведений числа атомов окисляющихся (горючих) элементов на их высшую (положитель- НУЮ) ВаЛЕНтНОСтЬ, т.
Е. ~'„1+> Ь„г Рр СЛЕдОВатЕЛЬНО, Х( 1Ьгття т к(+)Ьг т Коэффициент а можно вычислить и для двухкомпонентного топлива ЖРД. Если в горючем содержатся только окисляющиеся элементы, в окислителе — только окислительные, то а и коэффициент избытка окислителя а,к численно совладают. В иных случаях а может отличаться от а „. Вычислим значение а для топлива Н40а+керосин прн а„=08 (условная химическая формула кероскна СН,„,).
Расчет по формуле (4.9) дает значение н'=-2,978 моль ок(моль г1 условная химическая формула топлива имеет вид СНкгаОста и а=0,89. 49 4,4.3. ПЛОТНОСТЬ ТОПЛИВА Плотностью ракетного топлива называют расчетную величину, равную отношению суммарной массы компонентов топлива к их объему при заданном значении соотношения компонентов. В част. ности, для двухкомпонентнаго топлива ЖРД значение о, определяется формулой 1/О, = 1~,/т, =-(Г,„+ *г',)/т,.
Так как $',„=и,„/О,„и У,=т,/о„окончательно получаем 1/й,=й;;/О.. +а,/О„ (4. 20) где йа„и ягя вычисляют по формуле (4.15). 4.5. энтАльпия Я.б.ь СИСТЕМА ОТСЧЕТА ЭНТАЛЬПИИ Известно, что теоретические методы расчета свойств газообразных веществ, а также измерения теплоемкости и теплот фазовых и полиморфных превращений ЛН'> для веществ в конденсированном состоянии позволяют находить только разность энтальпии (нли внутренней энергии) вещества при данной температуре Н, и при любой другой (например, ТВ К) Нг„т. е. т Иг — Н„= 1С,г/т+~,/АНН1 (4.
21) г, 4 Следует отметить, что для применения законов термодинамики и не возникает необходимости знать абсолютные значения энтальпии Н,. Для выполнения термодинамических расчетов состава и параметров продуктов сгорания также используются лишь относительные значения энтальпии с некоторым условным началом отсчета. Система отсчета может быть произвольной, но одинаковой для всех участвующих в процессе веществ. В частности, для процессов в камере ракетного двигателя система отсчета энтальпии должна быть одинаковой как для компонентов топлива, так и для индивидуальных компонентов продуктов сгорания, Рассмотрим наиболее употребительную систему.
Предположим, что любой участвующий в процессе компонент (топлива, продуктов сгорания) может быть получен в результате химической реакции между условно выбранными индивидуальными. Эти вещества выбраны таким образом, что каждому химическому элементу в молекуле компонента соответствует некоторое свое индивидуальное вещество. Такое вещество получило название элемента в стандартном состоя н ин. В качестве стандартного состояния для химических элементов выбирают их устойчивые и наиболее распространенные естественные природные состояния.
В табл. 4.2 в качестве примера приведены часто входящие в состав топлив химические элементы и нх стандартные состояния. Энтальпии элементов в стандартном состоянии при некоторой тем- 60 Стандартные сестеяная векетерых хиаясчссквх элементов тал и т.э пературе Те принимаются в качестве начала отсчета (начальных значений) для энтальпий компонентов топлив и компонентов про- дуктов сгорания.
Рассмотрим реакцию образования вещества сс при температуре Т из элементов в стандартном состоянии, взятых при Те. Ха, —.Ае,) Ас ...Ае™, с где ас — стехиометрический коэффициент реакции; Атв — символ химического элемента с; Вто — символ стандартного состояния эле- мента (например, если Атп — М, то Вте — Хэ и т. п.). Изменение энтальпии в результате этой реакции составляет ЬНэ= Нт ~ ас Н)сс, с где НгтеС вЂ” энтальпия вещества сс при температуре Т; Нгтсс — энталь- пия элемента с в стасщартном состоянии при Те. Разность энтальпий ЛНе, равная теплоте реакции образования вещества с;с при температуре Т из элементов в стандартном состоя- нии, взятых при температуре Те, и представляет собой принимае- мое для расчетов относительное значение энтальпии.
Обычно ве- личину ЬН обозначают символом Тт, где индекс Т указывает на заитсимость разности ЛН от температуры. Добавляя к правой части выражения для гхН и вычитая из нее энтальпию Нт, вещества при температуре То, окончательно получаем (символ вегцества — верхний индекс д — опущен) т Тт ЬНтт~+(Нт ~т)) ЬН(т + ~ бргП + ~~ЬН!г1, (4. 22) где !!Нтт.— — Нт,— г„а,Нт,! — теплота образования, т. е. изменение !г! энтальпии при превращении элементов в рассматриваемое вещество при То, (Нт — Нт,) — изменение энтальпии вещества при изменении температуры от То до Т. Теплота образования — зто колвчество тепла, которое выделяется ( — ЛНг) нли поглощается (+ДАН!) при образованви единицы массы вещества. Теплоту образования вещества из элементов в стандартном состоянии при стандартных условиях р=!01325 Па (1 физ.
атм.) и Т=Т, называют стандартной теплотой образования и обозначают ЬН~, Значения ЬН т определяют экспериментальлто э т ио. В качестве температуры Т, выбирают температуры 298,15 К (25 С); 293,!5 К (20'С) н 0К; чаше всего используется Тэ 298,15 К. Теплоты образования самих элементов в стандартиом. т. е. в устойчивом и наиболее распространенном природном состоянии, привимают равными нулю. Охарактеризованная система отсчета энталопни (То=298,15 К, элементы в стандартном состоянии — табл. 4. 2) в настоящее время общепринята.
Имеются и другие системы, использующие другое температурное начало отсчета н другие стандартные состонния элементов. Расчеты параметров продуктов сгорании пе зависят от системы отсчета, если она одинакова для компонентов топлива и компонентов продуктов сгорания. а д з.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
