Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.Л. Теория ракетных двигателей. 1989 г. (1241535), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Состав продуктов разложения и их 204 !э з. Зависимость т и йт продукпзв раз. утри!ри!лз туг ложеиии перекиси водорода от копцептрапии сс при использовании твердого катализатора зЖ агар температура в основном определяются способом и организацией процесса разложения гидразина (время пребывания в пакете катализатора, длина ЖГГ) и могут колебаться в широких пределах, По зарубежным экспериментальным данным при Разложении )т)аНа на иРидиевом катализаторе (ЬЬе!!-405) значение х близко к н лю, на о иевом ката- У р д дг йд йд гн,н, лизаторе х составляет около 25 %.
Гомогенное разложение ХНа на Н, и Мз с заметной скоростью происходит лишь при высоких температурах (более 2000 К), существенно превосходящих температуру продуктов разложения гидразина. Следовательно. при движении продуктов разложения по газовым трактам их состав остается неизменным, т. е. х = = сопз1. Молекулярная масса продуктов разложения согласно уравнению реакции равна р = 96/(5 + 4х), (19,4) где (5 + 4х) — общее число молей продуктов разложения.
результаты расчета параметров продуктов разложения гидразина в зависимости от степени разложения аммиака,!26! приведены на рис. 19,5. Из графика видно, что величина )сй в интервале 0 ( х < 0,8 меняется примерно на 5 %, несмотря на то, что температура с возрастанием х существенно уменьшается. Это получается вследствие того, что с увеличением х вместо одного моля ХНа образуются два моля газа и средняя молекулярная масса уменьшается во столько раз, во сколько уменьшается температура. При проектировании каталитических газогенераторов необходимо определять требуемую массу катализатора, которую находят по формуле (!9.5) где т„ — масса катализатора;т — секундный расход компонента; д — допустимая секундная нагрузка компонента на ! кг катализатора.
Величину д определяют экспериментально. Прн работе газогенератора возможен унос катализатора с генерируемым газом или катализатор может расходоваться в некоторых побочных реакциях. Поэтому значение пт„ следует принимать с некоторым запасом. Конструкция газогенератора должна обеспечивать надлежащий тепловой режим каталитического па- 205 «гяг 7 7Н з!м/яа ЛВ7 !9.5.
Зависимость Т и НТ продуктов разин>кения гидразина в зависимости от степени раз. доменик яммиана лю аягр кета и топлива, чтобы ис- ключить преждевремен- 77Р /гм7 ное разложение топлива (в смесительной головке) 777 еЖ или разрушение пакета Р 47 ХЕ зе Ха «Изз КатаЛИЗатОРа ИЗ-За ЧРЕЗ- мерных термических нагрузок. При термическом разложении компонента каждая новая его порция разлагается за счет тепла химических реакций, выделившегося при разложении предыдущих порций.
Поэтому в конструкции газогенератора необходимо предусматривать начальный подогрев компонента (при запуске двигателя) и устройство для поддержания стационарного процесса разложения— тепловой аккумулятор. Так, в газогенераторе двигателя РД-119 конструкции В. П. Глушко первоначальный разогрев несимметричного диметилгидразина (НДМГ) осуществляется продуктами сгорания порохового заряда, находящегося в полости газогенератора; тепловым аккумулятором служат куски сварочного угля, подогреваемые продуктами разложения НДМГ. Состав продуктов разложения НДМГ весьма сложен и определяется временем пребывания и особенностями конструкции газогенератора. Продукты разложения содержат метан ( 45 % по объему), азот (-25 %), водород (-12 %), аммиак ( 1О %), в незначительных количествах (-по 1 %) этилен, цианистый водород, пары НДМГ и др.; возможно образование сажи (-7 % по массе).
Большинство жидких компонентов, применяемых для целей газогенерации, способно как к термическому, так и к каталитическому разложению. Поэтому в газогенераторах с каталитическим разложением одновременно может происходить и термическое разложение компонента.
В термо-каталитических газогенераторах за счет относительно небольшого расхода части компонента (0,1 ... 0,2 от общего расхода) через катализатор можно существенно уменьшить количество последнего. Одновременно повышается надежность термического разложения остальной части компонента продуктами каталитического разложения. 1Э.З. ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ДВУХКОМПОНЕНТНОМ ГАЗОГЕНЕРАТОРЕ !9.3.1. Соотношение компонентов в газогенераторе По приводимым в специальной литературе сведенияму для целей газогенерации нашли применение рассмотренные ранее двухкомпонентные топлива: жидкий кислород с керосином, водо- 208 д Г(ива,„ РТадм!ав ТР 55ар !9.6.
Зависимость Т, йт и !дТ!д !и аок ! продуктов сто. ранив топлйва От, „, + керосин от ао„(рас = !З МПа! родом, аммиаком; четырех — окись азота с диметилгидразином, гидразином и др. В зависимости от агрегатного состояния 55РР трат 207 РГ УГ 45 т 2 У атм подаваемых в газогенератор компонентов топлива возможны варианты органиэации рабочего процесса по схеме жидкость — жидкость и по схеме газ — жидкость.
В последнем случае газификация одного из компонентов топлива (обычно жидкого водорода) осуществляется в тракте охлаждения камеры. Одну и ту же необходимую температуру генераторного газа можно получить либо при малых, либо при больших значениях коэффициента избытка окислителя а,„. При выборе рационального варианта приходится учитывать многие факторы. Пусть известна зависимость температуры горения и произведения Гс Т в широком диапазоне изменения коэффициента избытка окислителя а,„.
Для иллюстрации такой зависимости, показанной на рис. 19.6, приняты результаты термодинамического расчета горения топлива О, + керосин. Как видно из рис. 19.6, для рассматриваемого топлива в области малых а,„существенно больше удельная работоспособность газа ГсТ, что объясняется малой молекулярной массой продуктов неполного сгорания, однако возможно выпадение конденсата. Газовая смесь, полученная при малых а,„, представляет собой восстановительную среду, неопасную для большинства материалов, в то время как в составе продуктов сгорания, полученных при больших а,„, много свободного активного окислителя, что требует применения специальных материалов или покрытий.
Необходимо учитывать возможность использования генераторного газа для наддува баков. Наличие твердого конденсата в продуктах газогенерации нежелательно, а наличие жидких частиц, способных отвердевать при движении продуктов в рабочем тракте, недопустимо. Сжигание топлива в газогенераторе с большим избытком одного из компонентов (особенно для малоактивных компонентов) представляет трудности. Поэтому кроме обеспечения непосредственного смешения компонентов топлива с необходимым аои в зоне смесительной головки иногда применяют и другие решения.
Одной из возможных схем является двухзонный подвод топлива в газогенератор (рис. 19.7). В зону 1 (высокотемпературную) смесительной головкой осуществляется подвод горючего и окислителя в соотношении, позволяющем обеспечить надежное !9.7. Схема даухзонного газогенера- тора щго с л, аг воспламенение, устойчивое и полное горение топлива, т.
е. в соотношении, близком к стехиометрическому. В зоне 1 раз. 1 вивается высокая температу- Ю с ра горения (Тг = 2000 2500 К); в зоне 2 подается избыток одного нз компонентов топлива — окислителя или горючего — в зависимости от типа газогенератора. В зоне 2 происходит комплекс процессов: распыление, тепломассообмен в двухфазном потоке, испарение, разложение и участие в химических реакциях дополнительно впрыснутого компонента.
К выходу из газогенератора температура газа снижается, а температурное поле выравнивается. Зоны горения и разбавления в газогенераторе могут быть созданы и одной смесительной головкой. В таком случае с помощью части форсунок на небольшом расстоянии от головки создается высокотемпературная зона горения; другая группа форсунок обеспечивает подачу избыточного компонента. 19.3.2. Принципы расчета параметров рабочего тела Вследствие относительно низких температур и большого избытка бдного иэ компонентов в газогенераторе при выполнении расчета параметров генераторного газа необходимо учитывать особенности некоторых процессов, влияние которых при расчете горения в основных камерах было несущественно.
Из-за малых скоростей химических реакций состав и свойства продуктов газогенерации могут существенно отличаться от равновесных. Вследствие повышенной плотности продуктов газогенерации (из-за высоких давлений и умеренных температур в газогенераторе) уравнение состояния идеального газа для ннх является весьма приближенным. Для некоторых топлив, таких, например, как О, + На при ганн « 1 и а,„» 1, О, + керосин при а,„» 1, состав генератор- ного газа соответствует химически равновесному. Вследствие невысоких температур диссоциация продуктов практически отсутствует, состав генераторного газа для этих топлив не зависит от давления и определяется лишь коэффициентом избытка окислителя.
Из уравнений сохранения вещества и закона Дальтона можно получить простые формулы для расчета состава в мольных долях. Термодинамический расчет состава и температуры генератор- ного газа при двухзонной подаче топлива в газогенератор можно выполнить, приняв упрощенную модель процесса. При вводе 208 подаваемого во вторую зону компонента первичные продукты сгорания резко охлаждаются, их химический состав замораживается и при дальнейшем охлаждении остается неизменным. Состав генераторного газа получается в результате смешения этих замороженных продуктов сгорания основного топлива и испарившегося компонента. Состав продуктов испарившегося компонента должен быть определен для каждого конкретного случая.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
