Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 11
Текст из файла (страница 11)
В соответствии с формулами (5 9) н (5 ! О) мол ьное х' н массовое йз стехномегрнческне соотношения равны к' =— 8+8+0 = 2,0 (моль ок)/(моль г); — 8 й = 2,0 — ' = 3,06 (кг ок)/(кг г), о 92 016 60, 102 а число атомов в условной молекуле топлива составляет Ьс = 2,0; Ьн = 8,0; Ьм = 2 0+ 0 8 2 0 2 0 = 5 2' Ьз = 0 8 2 0 4 0 = 6 4. Химическая формула условной молекулы топлнва записывается в анде СзНзХзлОз 4нлн в соответствии с формулой (5.!) в вндеА«ы — С, А'"-' — Н, А'з' — Х, А оп — О, Ь,т = 2,0, Ьзт = 8,0, Ьзт = 5,2, Ьзт = 6,4; молекулярная масса топ- лнва равна 207,3 кг/(к моль). произведений числа атомов окислительных элементов на их высшую (электроотрицательную) валентность, т.
е. ~1 — 1чгЬ;,. В то же время стехиометрическое (соответствующее полному окислению) число окислительных валентностей должно равняться сумме произведений числа атомов окисляющихся (горючих) элементов на их высшую (положительную) валентность, т. е. Х <+1ч,ЬН, Следовательно, — ч;Ь1,/ ~ '" ч,.Ьгт (5,19) Коэффициент а можно вычислить и для двухкомпонентного топлива ЖРД. Если в горючем содержатся только горючие элементы, в окислителе — только окислительные, то а и коэффициент избытка окислителя а,„численно совпадают. В иных случаях а может отличаться от а,„. Вычислим значением дли топлива Н,О, + керосин при а „= 0,8 (условнаи химическая формула керосина СНьеье).
Расчет пч формуле (5.9)'дает значение х'= 2,973 (моль ок)/(моль г); условная химическая формула топлива имеет вид СНалз04,м и а = 0,89. 5лк ПЛОТНОСТЬ ТОПЛИВА . Плотностью р, ракетного топлива называют расчетную величину, равную отношению суммарной массы топлива к его объему при заданном значении соотношения компонентов. В частности, для двухкомпонентного топлива ЖРД значение р, определяется формулой тт т„+ тои 1+ дт Рт ) ~ т ) г г + ) ~ к ) г / т г + ) о к ( т так как )г„/т„= 1/р„и )г/гл —. Ь /р,„, окончательно получаем (5.20) т Рг Рои 5.5. ЭНТАЛЬПИЯ 5.5.1. Система отсчета энтальпин Известно, что теоретические методы расчета термодинамических свойств газообразных веществ, а также измерения теплоемкости итеплоты фазовых и полиморфных превращений ЬН(г1 для веществ в конденсированном состоянии позволяют находить только разность энтальпий (или внутренней энергии) вещества при данной температуре Нт и при любой другой (например, ТеК) ЬНг,.
Таким образом, г Нт — Нт, = ~Срг(Т+ 1~~ьЛН~'~> (52!) Ф г Размерность энтальпии — кДж/кмоль. Следует отметигь, что для применения законов термодинамики нет необходимости: пать абсолютные значения эптальпии Нг. При выполнении термодинамических расчетов состава и параметров продуктов сгорания также используют относительные значения эитальпии с некоторым условным началом отсчета.
Совокупность соглагпений, определяющих выбор начала отсчета энтальпии, пазыаакп системой отсчета энтальпии. Система отсчета может быть произвольной, ио одинаковой для всех участвующих в процессе веществ, В час1ности, для процессов с химическими превращениями в камере ракетного двигателя система отсчета энтальпип должна быть одинаковой кзк для компонентов топлива (начало процесса), так и для индивидуальных компонентов продуктов сгорания (завершение процесса). Рассмотрим наиболее употребительную систему. Поставим условие, что любой участвующий в процессе ком. понент (топлива, продуктов сгорания) мог бы быть получен в результате химической реакции между определенными индивидуальными веществами. Эти вещества выбраны таким образом, что каждому химическому элементу в молекуле компонента соответствует некоторое свое индивидуальное вещество.
Такое вещество получило название элемента в стандартном сос т о я н и и. В качестве стандартного состояния для химических элементов выбирают их устойчивые и наиболее распространенные естественные природные состояния, например, для химических элементов О, Н, й), Р стандартными состояниями являютсч двухатомные газы О... Н„Ы„Р,; для элементов С, А), В, Ве — кристаллическое состояние, Энтальпии элементов в стандартном состоянии при некоторой температуре Т, и принимают в качестве начала отсчета (начальных значений) для энтальпий компонентов топлив и компонентов продуктов сгорания. Рассмотрим условную реакцию образования вещества д при р = сопз( и температуре Т нз элементов в стандартном состоянии, взятых при Т,: т ,, и;В Ам Ачг Адъ ..
Амч чъ п~ и) пи [31 ею ' ' — л гдето, — стехиометрнческие коэффициенты реакции, Ап> — символ химического элемента (; В~п — символ стандартного состояния' элемента (например, если А со — это й), то В(п — это г). .и т. п.). Изменение энтальпии в результате этой реакции составляет ХНьо == Нг ~ ~ агНг~ где Н'м — эитальпия вещества д при температуре Т; Н~'~ — эн-' тзльпия элемента Лсо в стандартном состоянии прн Т„(т. е. энтальппз вещества Вп1).
52 Разность энтальпий ЬНм~, равная теплоте реакции образования вещества д при температуре Т из элементов в стандартном состоянии, взятых при температуре Т„н представляет собой принимаемое для расчетов относительное значение эитальпии. (3бычно величину ЬНно обозначают символом Нгм, где индекс Т указывает на зависимость разности ГъНм> от температуры. Добавляя к правой части выражения для ЬНм> и вычитая из нее энтальпию Н~~> вещества д при температуре Т„окончательно получаем (снмвол вещества — верхний индекс д — опущен) 1т = Мат, + (Нг — Нт,) М"~т,-)- ~ Ср г(Т+ ~~ ЬН~'~', (5.22) где ЬН1г, = Нг,— ~ о;Н~~", — теплота образования, т.
е. из! менение энтальпин при превращении элементов в стандартном состоянии в рассматриваемое вещество при Т,; Нг — Нг,— изменение энтальпии вещества при изменении температуры от Т, до Т. Теплоту образования вещества из элементов в стандартном состоянии при стандартных условиях р = 101325 Па (! физ.
атм) и Т =Т, называют стандартной теплотой образования и обозначают ЬН)г,. Значения ЬН)г определяют на основе экспериментов. В качестве температуры ~', выбирают температуры 298,15 К (25 'С) и 0 К; чаще всего используют Т, = 298,15 К. Теплота образования самих элементов в стандартном, т. е. в устойчивом и наиболее распространенном природном состоянии, принята равной нулю, хотя ее можно задать любой (от этого ничего не изменится)— это вопрос удобства.
5.5.2. Энтальпия компонентов топлива При выполнении термодинамического расчета обычно принимают, что компоненты топлива находятся под давлением 101325 Па, при этом жидкие высококипящие и твердые компоненты имеют температуру 298,15 К, а ннзкокипящие — 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 энтальпию определяют в соответствии с формулой (5.22); энтальпия одного килограмма компонента в кДж~кг равна (5.23) 53 гк — Ейчгд (5.24) где до, гч — массовая доля и удельная энтальпия вещества. 5.5.3. Энтальпия топлива Если многокомпонентное топливо не является идеальным раствором или механической смесью компонентов, то в расчетах используют энтальпию, полученную с учетом экспериментальных данных по теплотам растворения (смешения). Энтальпию 1 кг двухкомпонеитного жидкого топлива рассчитывают по формуле (5.24). Массовые доли компонентов д,н и л„ при этом вычисляют по соотношениям (5.15).
В результате полу- чают [ +„жйог 1+ „йо (5.25) 6.6. СИСТЕМА СПРАВОЧНЫХ ДАННЫХ О КОМПОНЕНТАХ ТОПЛИВА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ Необходимой базой для расчета химического состава н свойств высокотемпературных смесей является информация о термодннамических свойствах индивидуальных веществ, входящих в состав топлива н продуктов сгорания. Информация о термических константах компонентов топлива и продуктов сгорания, в том числе о теплоте образования, приводится в справочнике «Термические константы веществ». Информация о методах определения термодинамических функций индивидуальных веществ, необходимые молекулярные постоянные, а также таблицы свойств индивидуальных веществ при различных температурах даны в справочнике «Термодинамические свойства индивидуальных веществ» [261.
В нем помещены значения приведенного термодинамического потенциала Ф', энтропии 5", изменениЯ энтальпии Нт — 06 и теплоемкости С, а также значениЯ констант равновесия и их логарифмов; в таблицах термодйнамических свойств веществ в конденсированном состоянии дополнительно приведены значения давления насыщенных паров и его логарифмов. Для выполнения термодинамических расчетов на ЭВМ данные справочника 1261 могут поставляться в виде банка данных ИВТАНТЕРМО на машинных носителях. 64 Здесь и далее принято Т, = 298,15 К; индекс Т у символа энтальпии для простоты записи формул опущен.
Если компонент топлива представляет собой смесь нескольких веществ, то его энтальпию определяют с учетом теплоты смешения (растворения), которую находят экспериментально. Иногда сложный компонент топлива можно рассматривать как механическую смесь нескольких химических веществ или принять, что эти вещества образуют идеальный (твердый или жидкий) раствор. В этом случае энтальпия 1 кг компонента равна Г Л А В д ЧЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА РАВНОВЕСНЫХ СОСТОЯ НИ Я И ПРОЦЕССОВ В КАМЕРЕ 6Л. ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Задача расчета термодинамического равновесия в реагирующих системах — продуктах сгорания, нагрева или разложения — заключается в определении их химического и фазового состава и параметров состояния — температуры, давления, плотности и др.
Принятые модели рабочего тела и процессов сводят эту задачу к расчету равновесных состояний .системы, когда известны параметры (давление — энтальпия, давление — энтропия и др.), отличающие рассматриваемый случай установления равновесия. В соответствии со вторым законом термодинамики энтропия Я изолированной (т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
