Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1980 г. (1241533), страница 11
Текст из файла (страница 11)
эитлльпия компонентов топлива При выполнении термодинамического расчета обычно принимают, что компоненты топлива находятся под давлением 101325 Па; при этом высококипящие компоненты имеют температуру 298,15 К, а низкокипящие — температуру кипения при указанном давлении, или другую температуру, определяемую технологией хранения и заправки топлива. Например, может быть использован компонент, охлажденный ниже температуры кипения.
Если компонент представляет собой индивидуальное вещество, то его витальною определяют в соответствии с формулой (4.22): при температуре Т т Т„=анг + ~ С гает+ ~ТаН!г!! (4. 23) ззз,!а при температуре Т= 298,15 К Та=уНТ,15 (4. 24) .Здесь и далее принято Т,=298,15 К; индекс Т у символа энтальпии для простоты записи формул опущен. Энтальпия одного килограмма компонента равна 1= 1„Ф,„* (4. 25) 52 Если компонент топлива представляет собой смесь нескольких веществ, то его энтальпию следует определять с учетом теплоты смешения (растворения). Для бинарных неидеальных растворов с массовь1ми долями веществ й, и йз«д1 находит применение формула г»=ктгт+Кзгз — лгЯм (4. 26) где Яр — теплота растворения второго вещества в первом в Дж/кг — экспериментальная величина, зависящая от концентрации раствора.
Если сложный компонент топлива рассматривать как механическую смесь нескольких химических веществ или если эти вещества образуют идеальный (твердый или жидкий) раствор, то энтальпия 1 кг компонента 1.=Х8; 1„ (4. 27) где д», (ч — массовая доля и удельная энтальпия вещества г[.
ахз. ЭИТАЛЬПИЯ ТОПЛИВА Если многокомпонецтное топливо нс является идеальным раствором или механической смесью компонентов, то в расчетах используют энтальпию, полученную на основе экспериментальных данных. Энтальпию 1 кг двухкомпонентного жидкого топлива рассчитывают по формуле (4.27). Массовые доли компонентов д, и д,к при этом вычисляют по соотношениям (4.15). В результате получают. (4.
28) 1 + аа»й Энтальпию одного условного моля двухкомпонентпого жидкого топлива можно найти по соотношению вида (4.25) с учетом формулы (4.18): т',=р,г„=1,+а„„х Х,„'. (4. 29) а.й. СИСТВМА СПРАВОЧНЫХ ДАННЫХ О КОМПОНВНТАХ ТОПЛИВА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ Необходимой базой для расчета химического состава и свойств высокотемпературных смесей является информация о термодннампческих свойствах индивидуальных веществ, входящих в состав топлива и продуктов сгорания. Сложиан и трудоемкая теоретичеакан н энспернментальнан работа по получению нгнрокай и надежной информации такого рода проводнтсп в системе ЛН СССР под научныы руководством академика В.
П. Глушко. Результатаын работы нвлнютсн фундаментальные справочные издания, Ипформапин о термических константах компонентов топлива и пралуктов сгорании, в том числе о теплотах образования, прнводитсн в справочнике »Терюжеокне константы нашеста» [771. Информации о методах определении термодинамнческих функций индивидуальных вешеств, необходимые молекулнраые постоанные, а также таблицы свойств ииднвидуальных веществ при различных температурах даны в справочнике «Термодинамические свойства вндивндуальных веществ» [78).
В ием номе. щепы значения приведенного термодииамического потенциала грт~, энтропии от~, изменения эитальпии Нг' — Н» и 1т, а также константы равновесия и их логарифмы. Значения указанных параметров представлены в широком диапазоне изменения температуры, в таблицах термодинамичесиих свойств веществ в конденсированном состоянии дополнительно приводятси значения теплоемкости, давления насыщенных паров и его логарифма.
Справочники «Термичеснне константы веществ» и «Термодинамические свойства индивидуальных веществ» являются дополняющими друг друга изданиями. РАВНОВЕСНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ бн. МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ТЕЛА Рабочее тело, участвующее в процессах при высокой температуре, может представлять собой многокомпонентную смесь индивидуальных веществ — продуктов сгорания — в газообразном н конденсированном (жидком нли твердом) состояниях. Смесь, состоящая только из газов, является гомогенной, смесь газов н веществ в конденсированном состоянии — г е т е р о г е н н о й.
Важным следствием высоких температур, характерныхдляпроцессов в камере, является термическая диссоциация и ионизация компонентов продуктов сгорания. Механизм термической диссоциация" кратко можно пояснить так. С повышением температуры в результате увеличения внутренней энергии молекул (аращателыюй, колебательной) н возбунсдения электронов колебательиые движения атомов в некоторых вз них развнваются настолько интенсивно, что энергия этих колебаний оказывается достаточной для преодоления действующих между ато'мами сил прнтнжения. Молекула разрушается, Двухатомная молекула распадается иа атомы, трех- или многоатомная — иа более простые молекулы и атомы.
Процесс диссоциации требует затраты части энергии теплового движения молекул и уменьшает повышение температуры рабочего тела. Процессу разрушения молекул сопутствует обратный процесс рекомбинации (воссоединения) атомов н осколков молекул в молекулы.
К воссоединению молекул приводят лишь эффективные столкновения, в которых участвуют необходимые осколки молекул. Процесс рекомбинации определенных молекул сопровождается выделением того же количества тепла, которое было поглощено при их диссоциации. Реакции термической диссоциации и рекомбинации — реакции обратимые, т. е.
идут одновременно в двух направлениях. В определенных условиях в газовой смеси может установиться состояние равновесия. Это равновесие будет динамическим. Оно установится не вследствие прекращения диссоциации и рекомбина* В дальнейшем для краткости слово «терммческая» опущено. ции, а в результате протекания этих реакций одновременно в противоположных направлениях с одинаковой скоростью.
Химический состав рабочего тела, отвечающий этому состоянию, называют химически равновесным. Важнейшими факторами, определяющими положение химического равновесия, являются температура и давление. Повышение температуры рабочего тела увеличивает интенсивность диссоциации. Влияние температуры неодинаково для различных молекул. На рис. 5.1 приведена зависимость степени диссоциации ад (отношение числа молей, подвергшихся диссоциации, к исходному числу молей) от температуры для ряда молекул. Как видно, устойчивость молекул против диссоциацин весьма различна.
Рнс. д1. Зависимость степени двылмтацнв неко сорык еылеаул от температуры 1р 1О Мпа1 Рис. 6.2. Заапсвмость степени днссоцвацни некопыык молекул от дапленив 1г уаео К) осла% оР 1 1а л,р1Ла П1 "яа жю лип тд Увеличение давления согласно известному принципу смещения равновесия вызывает в системе процессы, способствующие относительному снижению давления. Это — процессы, ведущие к снижению чнсла молекул в смеси, т. е. процессы рекомбинации.
Следовательно, повышение давления уменыпает интенсивность диссоциации„т. е. оказывает на нее влияние, противоположное влиянию температуры, На рис. 5.2 показана зависимость степени диссоциацпи от давления для различных молекул. Некоторые из обратимых реакций протекают без изменения числа молекул, в них участвующих.
Равновесие таких реакций не зависит от давления. Результатом сильного возбуждения электронов при высокой температуре может быть отрыв электрона и превращение атома тили молекулы), потерявшего электрон, в положительно заряженный нон. Атомы, имеющие на своей электронной оболочке несколько электронов, могут подвергаться неоднократной ионизации.
Так же как диссоциация, ионизация является эндотермическим процессом, а обратный ионизация процесс — рекомбинация ионов и электронов — экзотермическим. Воздействие давления и температуры на степень ионизации аналогично влиянию этих параметров на процесс диссоциацин. Следует отметить, что ионизация продуктов сгорания ракетных топлив обычно ничтожна и ее влияние целесообразно учитывать лишь при расчете некоторых свойств продуктов сгорания. Важным уравнением, устанавливающим связь между основными термодинамическими параметрами состояния рабочего тела, является уравнение состояния. Для продуктов сгорания ракетных топлив обычно применяют уравнение состояния идеального (термически совершенного) газа ~»ЖВ =)г,Т~Р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
