Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Этим и объясняется быстрое возрастание давления паров при повышении температуры. Переход жидкости в паровую фазу может возникать в системах питания и охлаждения; в этом случае в системе возможно образование паровых пробок, нарушающих нормальную работу системы и двигателя. В замкнутых системах двигателя прн достаточно высоких температурах давление насыщенных паров, достигшее заметной величины, на отдельных участках может привести к разрушению системы. В условиях низких температур давление упругости пара жидких компонентов топлива существенно влияет на работу таких важнейших элементов системы двигателя, как насосы, форсунки, клапаны и др., главным образом из-за образования кавитации, так как испарение жидкости возможно не только со свободной поверхности, но и внутри пузырьков пара, которые образуются в жидкости при низкихдавлениях.
Равновесное состояние системы с различным фазовым состоянием в зависимости от температуры определяется уравнением Клапейрона — Клаузиуса. В условиях равновесного состояния при температуре Т и давлении упругости пара р, можно принять, что испарение происходит при температуре Т+йТ, конденсация — при температуре Т, а изменение давления отвечает Ьр,.
46 Д4я бесконечно малых значений с(р, и йТ процесс испарения -+ конденсации можно представить простой математической зависимостью, описывающей элементарный обратимый цикл. В координатах Р— о этот цикл представляется в форме прямоугольника, а работа за этот цикл определяется следующей зависимостью: Гзз зрр=рзРз (%ир %кази) (1. 41) Подставляя полученное значение работы анчар в основное урав- .нение второго закона термодинамики ат.„ Я=Т— ат и полагая, что подведенное тепло Я равно молекулярной теплоте испарения г (при условии, что для кругового процесса взят один моль вещества), получим (1.
42) Запишем это уравнение в форме Ирз (1. 43) з7т т (Рззр — Р „„„) Оно связывает важнейшие параметры, характерные для равновесия фаз, термические величины с важнейшей калориметрической величиной — скрытой теплотой испарения, которую очень легко определить, измеряя — и оба объема — жидкости и пара. Ирз ит В практическом отношении полученное уравнение имеет тот ИРз недостаток, что в нем много переменных величин: — ; р „,„: опар, г ° Все эти параметры существенно зависят от физико-химических свойств данного топлива или его компонентов и особенно от температуры. Однако, эти зависимости можно найти, если принять ряд допущений.
Полагая, что о„д очень мало по сравнению с о,р (для одного моля), величиной п можно пренебречь, а величина ор,р по характеристическому уравнению может кт быть представлена как и„, = — . Рз 1огда уравнение (!.43) можно записать в таком виде: 1 Ир Н!ррз г (1. 44) 47 1п р,= — — +С КТ Константу интегрирования можно найти, если записать уравне- ние (1.45) для двух значений температур и давлений на кривой упругости пара: 1п р,, — 1п р„=.— г ТΠ— Т1 1,985 Т Т, (1.
46) Последнее уравнение пригодно для практических расчетов, однако надо учесть некоторую неточность результатов, так как вместо истинной скрытой теплоты испарения для заданных температур использовали ее среднее значение. Если упругость пара должна быть найдена в широком интервале температур, использовать среднее значение скрытой теплоты испарения нельзя.
Рассматривая г как функцию температуры, запишем таку!о зависимость: Подставляя это в уравнение (1.44) и интегрируя его, получим т СС+( о (Ср цкр Ср жк М) ЙТ г(Т+ С, (1. 47) ТОТ,! !ОТО где г, — скрытая теплота испарения для начальной температуры ТО. Выражение (1.47) можно упростить и привести к удобному для практических расчетов виду, если принять теплоемкости с„„р и ср „„ постоянными в определенных пределах темиератур, тогда 1,985Т 1,985 В этом уравнении в константу С' входят все постоянные, она легко определяется по методу, указанному для уравнения (1.45).
Уравнение (!.48), простое и удобное для практических расчетов, обладает относительно высокой точностью по сравнению с уравнением (1.47). В тех случаях, когда для заданного топлива или его компонентов не известны ни теплота испарения, ни разность теплоемкостей в заданных пределах температур, для точного определения кривой упругости пара рекомендуется эмпирическим путем или по справочным данным найти три точки кривой.
По этим Затем, полагая, что г не зависит от температуры и ее мои(нозаменить средним постоянным значением г, после интегрирования уравнения (1.44) получим ! (1. 45) даа(ным и уравнению (1.48) можно рассчитать кривую упругости пар~ или определить скрытую теплоту испарения в широкихпредел х температур. В справочном материале настоящего пособия приводятся табличные данные и графические зависимости упругости пара от температуры для ряда компонентов топлив. р, пгс/см г На рис. 1.7 приведены ха- 7 рактерные кривые упругости пара в зависимости от темпе- Б ратуры для дихлорзтаиа, ацетона и этилового спирта.
Удельное газообразование Удельным газообразованием называется количество газов — продуктов сгорания (м'), отнесенное к одному кг сгоревшего топлива (ма7кг) . Величина удельного га ообразования может бьгть легко найдена на основе характеристического уравнения ро=гсТ, откуда и гп 4Б Ба ББ 7ББ угБ г;Б Рис. Ц7 Зависимость упругости пара от температуры: т-диилорэтан г †ацет; а †спи этило- аыа (1. 49) 49 Р,т З= —. Р Удельный объем газов, найденный по характеристическому урав. нению, равен удельному газообразованию — газовыделению в данной реакции. Для удобства сравнения необходимо, чтобы давление и температура газов были взяты при нормальных усКто ловиях по= —, где Т,— 288 К, а ро=!,033 кгссссмг.
Ро Величина удельного газообразования представляется очень удобным параметром для сравнения различных топлив. Если об71ч см газов, соответствующий удельному газообразованию, пропустить через площадь сопла за одну секунду, то скорость газов будет наибольшей при наибольшем значении газообразования. Топливо, имеющее наибольшее удельное газообразование в условиях ракетного двигателя, обеспечит наибольшую скорость истечения газов из сопла, и следовательно, наибольший удельный импульс тяги: Используя характеристическое уравнение можно также показать, что удельное газообразование пропорционально газовой постоянной и обратно пропорционально молекулярному весу продуктов сгорания: КТ 848 о= —, где Уг= —. Р Коррозионная активность компонентов и коррозионная стойкость металлов Большинство компонентов топлива являются коррозионно-активными веществами.
Коррозию металлов и сплавов конструкционных материалов следует рассматривать как результат взаимодействия среды и металла. Коррозионное разрушение металлов всегда начинается с поверхности. Разрушенный металл, превращаясь в химические соединения (гидраты окислов или окислы), образует продукты коррозии, которые обычно формируются на поверхности металла. Существуют виды коррозии, которые нельзя обнаружить простым визуальным наблюдением. Это подповерхностная коррозия, которая часто сопровождается образованием подповерхностных полостей — каверн.
Еще более опасна межкристаллитная коррозия, при которой на поверхности кристаллов образуются окислы и таким образом нарушается прочность металла. Коррозионная стойкость металла — свойство, обратное по своему действию коррозионной активности компонентов топлива. Понятие коррозионной стойкости материала является относительным. Металл коррозионностойкий в одних условиях может быть нестоек вдругих условиях нли с другими компонентами топлива. Коррозионные процессы происходят на границе раздела металл — среда, и следовательно, они относятся к разряду гетерогенных реакций, т. е.
реакций, происходящих на границе раздела двух фаз. Все коррозионные процессы можно разделить на два вида: химическая коррозия и электрохимическая коррозия, Химическая коррозия наблюдается при действии на металлы Фазов и жидких неэлектролнтов. Электрохимическая коррозия возникает при действии на металлы жидких электролитов, т. е. растворов, содержащих ионы, обычно это водные растворы солей, кислот и щелочей.
Вследствие электрохимической коррозии происходит ржавление стали, растворение металлов в кислотах и др. Электрохимическая коррозия представляет собой процессы, при которых разрушение металла сопровождается переносом электрических зарядов. Интенсивность электрохимической коррозии зависит, в частности, от концентрации электролита, его температуры, от механической и термической обработки металлов и сплавов. Электрохимическая коррозия может происходить при погружении металла в жидкость и в жидких пленках (атмосферная бо корррзия или влажная коррозия), В случаях коррозии в атмосфере1электролит йа металле образует тонкую пленку влаги н коррозия идет при воздействии на металл именно этого жидкостного слоя.
При этом металл разрушается особенно эффективно. Существует несколько видов коррозиоиных разрушений: 1. Сплошная коррозия, когда коррозия охватывает равномерно всю поверхность детали. 2. Местная коррозия или коррозия пятнами — коррозия в виде точек, язв, пузырьков; 3. Интеркристаллитная коррозия, когда процесс коррозии происходит на поверхностных границах кристаллов, составляющих металл.
В этом случае продукты коррозии как бы заключены внутри металла и внешний вид изделия может не изменяться. Интеркристаллитная коррозия — один из очень опасных видов коррозии, которому особенно часто подвержены алюминиевые сплавы. 4. Подповерхностная коррозия, когда коррозионный очаг скрыт под поверхностью металла и соединен узким ходом, по которому продвигалось действие коррозионного агента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
