Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Расчет замороженного течения обычно производится в дополнение к расчету равновесного. Результаты этих двух расчетов определяют область, внутри которой могут находиться показатели химически неравновесного течения. 3. Течение с неизменным фазовым состоянием отдельных индивидуальных веществ смеси — при отсутствии кристаллизации нли конденсации. Этн модели процесса позволяют оценить предельное влияние задержки процессов кристаллизации на параметры потока.
4. Течение с отсутствием определенного вида взаимодействия между газом и конденсатом, например с отсутствием теплообмена между газовой и конденсированной фазами и др. Такие модели процесса течения позволяют дать оценку предельного влияния, в частности, температурной неравновесности между газовой и конденсированной фазами. 5. Течение с внезапным замораживанием, т. е. течение, равновесное до некоторых условий, например до определенной температуры в сопле, а далее замороженное.
Расчет с использованием модели процесса с внезапным замораживанием химического состава при некоторой температуре может иногда удовлетворительно заменить весьма сложный расчет процесса с учетом кинетики химических реакций. Действительный процесс течения очень близок к модели равновесного течения, поэтому эта модель широко используется в практике, Значение любого параметра, соответствующее равновесному одномерному потоку продуктов сгорания при отсутствии тепло- обмена, трения и других необратимых явлений, называют и д еальным значением параметра. Точность моделей для расчета идеальных параметров в большинстве слуиаев достаточно высока, т. е. отличия действительных значений параметров от идеальных обычно незначительны и опРеделяются особенностями конкретных объектов: их геометрией, способом организации процессов и т. п.
Для оценки действнтель- гл А Б А Ч. ИСКОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧ ЕТА 5Л. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ ОБ ЭЛЕМЕНТНОМ СОСТАВЕ ТОПЛНВА Топливо может быть, однокомпонентным, двухкомпонентным и многокомпонентным. Вид химической формулы топлива, выражающий заданный элементный состав, не влияет на результат термодинамического расчета. Поэтому элементный состав топлива целесообразно представлять условной формулой. Условную формулу обычно относят к некоторой условной молекулярной массе р,.
Если топливо состоит из т химических элементов, то его условную формулу записывают так: ЛО>Л">Л"' „. Л)"', »»»»«»»»» ' ' ' м»' (5.1) 46 ных параметров должна производиться коррекция идеальных значений с учетом этих конкретных особенностей. Методы такой коррекции, расчет значений поправок приводятся в следующих главах учебника. Свойства, которые заданы моделям процессов, позволяют еде лать существенные для построения алгоритмов расчета выводы. В «точке» завершения (окончания) любого процесса всегда известны два термодинамических параметра состояния. Так, для моделей процессов горения при постоянном давлении оба таких термодинамических параметра заданы: обычно это давление и энтальпия топлива (р, 1 = сопзТ).
Для моделей процессов течения один из параметров состояния — энтропия з — известен после расчета «точки» завершения предыдущего процесса — горения, другой — либо задается непосредственно (обычно это давление, иногда температура), либо в виде некоторой функциональной связи между параметрами состояния. Два термодинамических параметра в условиях равновесия полностью определяют, как известно, термодинамическое состояние любой системы.
При известных термодииамических параметрах состояния химический и фазовый состав продуктов сгорания в условиях равновесия однозначно определяется исходным элементным составом топлива и, следовательно, не зависит от пути, по которому было достигнуто то илн иное термодинамическое состояние. Поэтому для определения характерных (результирующих) параметров процесса достаточно знать лишь параметры рабочего тела в начальной (в точке окончания предыдущего процесса) и конечной точках процесса; детальных сведений о геометрии объектов и их конструкции не требуется.
)ге= Е)ЗАт, >=! (5.2) где р; — атомная масса химического элемента А!'>, имеющая размерность кг/кмоль (г/моль). 5.2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ ОБ ЭЛЕМЕНТНОМ СОСТАВЕ КОМПОНЕНТОВ Компоненты топлива могут быть индивидуальными веществами нлн смесью веществ. Состав компонента также рационально задавать условной формулой вида (5.1) А!'>А!'>А!'> .. А! > (5.3) э>в ьэв ээв ' ьтв с молекулярной массой т и.= ~; Р,Ь>ю (5.4) г=! Рассмотрнм наиболее характерные случаи записи условной химической формулы компонента. !.
Компонент — ннднвндуальное вещество. В этом случае для расчетов можно использовать его известную химическую формулу, например: О,, НэОз, Г,,)ЧНэ н т. д., с молекулярной массой Р. Если химическую формулу компонента записать так, чтобы условная молекулярная масса была равна рю то число атомов Ьго элемента в условной молекуле можно определить соотйошеннем Ь>в = Ь>(рн/и). (5.5) Например, условная химическая формула гидразина (хнмнческая формула НэНт Ьы = 2, Ьн = 4, Р = 32,048), записанная для условной молекулярной массы Рн = !00, представляется в виде Нтэ Н, ,(рв)Р = 3,12). 2. Компонент задан массовым элементным составом.
Если д> — массовая доля (.го химического элемента в компоненте, то число атомов этого элемента в условной молекуле с молекулярной массой Р„ равно Ь>в = Рн (Е>1Р>) (5.6) Так, химический состав керосина часто задают массовыми долями углерода ас = 0,86 н водорода ун = 0,14. Задаваясь пронзвольно условной молекулярной массой Рв = 100, получаем Ьс = 7,16 в Ьн = 13,89. Следовательно, условнаа фоРмУла кеРоснна записываетсЯ в виде СлНм зэ (А "> — С, А со — Н, Ь> н = = 7,16, Ь>ж = 13,89). 3. Компонент — смесь нескольких веществ. В компоненте г веществ, каждое вещество, допустим, п-е, запнсываегся химической нлн условной формулой виДа (5.3) с молекУлЯРной массой Рп н составлЯет массовУю Долю Лв. Количество молей и-го вещества в условном моле компонента с молекулярной массой Р„составляет (5,7) 47 нв = Рн (Лв/рв) >де 4!г> — символ 1-го химического элемента, например: А1'> С, А!з> — Н, А!з> — )ч); ܄— количество атомов 1-го химического элемента в условной молекуле топлива.
Молекулярная масса топлива, заданного условной формулой, равна т Тогда количество атомов Ьго химического элемента в условной молекуле компонента равно l Ь!л — — кы Ь|ллл. (5.8) л=! Запишем, например, условную химическую формулу компонента — 98 ехл перекиси водорода (дн о = 0,98, яи о = 0,02) на молекулярную массу р„= = 1000.
По формуле (5.7) вычисляем лн о = 28,81, ли о = 1,! 1, где ри о = = 34,016, Ри о = 18,016. Затем по формуле (5.8) рассчитываем: Ь =,2лн о + + 2лн о == 59 84 Ьо =. 2лн о + "и,о =- 58 73. Условная формула одного моля 98 л4 Н,О, имеет вид Н„,ыОылм р„= 1000 5.3. ПАРАМЕТРЫ ДВУХ- И МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ТОПЛИВА 5.3. (. Соотношение компонентов в двухкомпонентном топливе Двухкомпонентное топливо, состоящее из окислителя и горючего, является наиболее распространенным видом жидкого ракетного топлива. Горючее содержит преимущественно элементы с электроположительной валентностью, например С, Н, А!, В и др., окислитель — с электроотрицательной валентностью: О, О!, г и некоторые другие.
Окислитель и горючее двухкомпонентного жидкого топлива применяют в двигателе в определенном соотношении. Чтобы обеспечить полное сгорание одного моля горючего, т. е. полное замещение валентностей горючих (окисляющихся) элементов валентностями окислительных элементов, требуется ма молей окислителя. Величину ма (молей окислителя/моль горючего) называют мольным стехиометрическим соотношением компонентов топлива. Величина ме обычно определяется по высшим валентностям элементов, соответствующим образованию продуктов только полного окисления. Однако некоторые элементы в различных реакциях Таблица 5.1 Валентности мекоторых химических элементов могут выступать как в качестве горючих, так н окислительиых элементов, и их валентности меняются в зависимости от конкрет- ного случая.
Так, азот М в большинстве случаев является нейтраль- ным, но в реакции образования ВИ выступает как окислительный элемент; сера 5 в одних случаях является горючим элементом с валентностью до б (50„50„5Ра), в других — окислительным (Н,5). Высшие валентности некоторых химических элементов приведены в табл. 5.!. Число свободных (незамещенных) электроположительных ва- лентностей в одной молекуле горючего составляет ш ~; Ьг„аг, число свободных электроотрицательных валентностей г=! в одной молекуле окислителя — ~; Ь;,кто где ч! — валентность, г=! Ь;г, Ь;,к — число атомов !сто химического элемента в условной молекуле горючего и окислителя. Следовательно, ~ Ьггсч !=-! яа— ~к ~; Ь.к»! (5.9) г=! а о Лт == !' (Рак/рг) а а Ьа = /гаг (Рг/Рак) (5.!О) (5.1 1) где р„, р,к — плотности горючего и окислителя.
Фактйческое (действительное) соотношение компонентов в топливе й„„йг (или х) на практике чаще всего отличается от стехиометрического. Отношение величин А„, й, (или я) к соответствующему стехиометрическому значению называют к о э ф ф и ц и е нтом избытка окислителя саак! 'гкг а ак— Как видно, а,„является относительной безразмерной величиной. При стехиометрическом соотношении окислителя и горючего коэффициент а,„= 1. Обычно используют ракетное топливо с недостатком окислителя по сравнению со стехиометрическим, т е. с ссак(1.
49 Значению ха соответствуют м а с с о в о е с т е х и о м е т р ич е с к о е с о о т н о ш е н и е Щ (кг окислителя/кг горючего) и объемное стехиометрическое соотношен и е гг"„' (м' окислителя/м' горючего) к о м п о н е н т о в т о ил и в а. Очевидно, что Значения й„и й„связаны очевидными соотношениями с массовыми (то„, гй„) и объемными ()г „и )г„) расходами компонентов топлива Жрд: й = гй,к/т„, (5.13) й,=))..Ф, (5.14) Массовые и объемные доли компонентов топлива при этом составляют (5.15) + нгв (5.15) о о где /гзг = аонйм /гг = аонйг.
По известным значениям а,„и х' можно составить химическую формулу условной молекулы двухкомпон е н т н о г о т о п л и в а. Количество атомов 1-го химического элемента в условной молекуле равно 1 Ы = г — 11/, ! г Ьн'= Ь;,+а,„х'Ь;,„, (5.17) а молекулярная масса р, = р„+а,„х'р,„: (5.18) 5.3.2. Параметры многокомпонентного топлива Если многокомпонентное топливо задано массовыми долями, то условную формулу такого топлива надо составлять так же, как и для сложного компонента (формулы (5.7) и (5.8)).
Соотношение между окислительными и окисляющимися (горючими) элементами в многокомпонентном топливе можно характеризовать к о э ф ф и ц и е н т о м и з б ы т к а о к и слительных элементов а. Суммарное число окислительных валентностей в условной молекуле топлива равно сумме 50 Рассмотрим в )«ачестве примера расчет параметров условной молекулы для двухкомпонентного топлива Хз04+ (СНз)з ХХНз 0«он = 92,0!6; Рг = 60,102) прн ае„= 0 8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
