Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

1.4). 4! Рис. Ь4. Кривые охлаждения (время — температура): 1 †б фазовых изменении а и 3 — с фазовым изменением — застывание полное. З вЂ” с многократным фазовым изменением — застывание или крис таллизапия частичная. а затем полное застывание 42 Если при непрерывном изменении температуры система не претерпевает никаких фазовых превращений, сопровождающихся выделением или поглощением тепла, то ее теплосодержание, а следовательно, и температура являются непрерывной функцией времени. Поэтому зависимость температуры системы от времени изображается непрерывной кривой 1 (см. рис. 1.4). Если же при охлаждении системы в ней происходит какое- либо превращение, например выпадение твердой фазы нз жид кости, то тепло, выделяющееся или поглощаюшееся при превращении, изменяет теплосодержание системы и на,кривых времяв температура появляются изломы а а а ~ л или горизонтальные участки (кри1а „ вая 2), положение которых позвоч ляет определить температуры фазовых превращений, непосредственно не наблюдая фаз, образуютз шихся или исчезающих при нагревании или охлаждении системы.

На рнс. !. 4 кривая 2 вначале идет плавно. Но в некоторый момент (т') в точке а понижение температуры прекращается. На кривой появляется горизонтальный участок а †, который показывает, что в системе происходит процесс, сопровождающийся выделением тепла. На горизонтальном участке а — б скорость охлаждения становится равной нулю и сохраняет значение до момента (тм), начиная с которого кривая вновь плавно идет вниз. Появление горизонтального участка или остановка а — б на кривой охлаждения 2 объясняется тем, что прн температуре остановки происходит переход изучаемого вещества из жидкого состояния в твердое. Выделяющаяся теплота кристаллизации возмещает потерю тепла в окружающую среду, вследствие чего до окончания затвердевзния температура держится на одном уровне.

При двухкомпонентных системах горизонтальная остановка на кривой охлаждения указывает, что при температуре остановки находятся в равновесии либо две жидкие фазы и одна твердая, либо две твердые и одна жидкая, либо три твердые фазы. При кристаллизации твердой фазы из жидкой, имеющей с ней одинаковый состав, температура начала и конца затвердевання совпадает, что выражается горизонтальным участком на кривой охлаждения. Когда кристаллизующаяся твердая фаза (твердый раствор, чистый компонент или определенное соединение) отличается по своему составу от сосуществующей с ней жидкости, то при ох- лаждении жидкой фазы от начальной температуры до температуры начала кристаллизации а (см. рис.

1.4, кривая 8) кривая охлаждения плавно идет вниз. Но в момент первого появления твердой фазы вследствие выделения теплоты кристаллизации скорость охлаждения внезапно уменьшается. Поэтому на кривой охлаждения в точке а появляется излом, отвечающий температуре начала кристаллизации, и если на протяжении всего процесса кристаллизации в равновесии с жидкой фазой находится только одна твердая фаза — твердый раствор, то затвердеванне заканчивается при температуре б.

Наблюдаемый при этой температуре второй излом на кривой охлаждения отвечает полному исчезновению жидкой фазы. Когда же в конце кристаллизации появляется еще одна твердая фаза кроме той, которая выделилась первично, то этому будет отвечать горизонтальный участок в — г на кривой 4 (см. рис. 1.4), дальше охлаждение идет по плавной кривой. Это простейшие типы кривых охлаждения, получающиеся при условии, что система, отдавая тепло окружающей среде, проходит ряд последовательных состояний равновесия.

В действительности эти условия никогда не могут быть полностью соблюдены и всегда в той или иной мере уклоняются от изложенного выше идеального хода. Одной из наиболее частых причин таких отклонений является переохлаждение. Иногда воду можно переохладить, т. е. остудить ниже 0'С, причем, она не превращается в лед. То же может происходить и с другими жидкостями. Если в переохлажденную жидкость внести кристалл того же вещества (сделать, как говорят, «прививку»), то немедленно начинается затвердевание. При этом выеляется теплота кристаллизации и температура системы быстро повышается нередко до температуры равновесной кристаллизации.

Внесенный кристаллик играет роль центра, от которого процесс кристаллизации распространяется по всему объему жидкости. Центры могут возникнуть и самопроизвольно. Появлению их способствует перемешивание жидкости. На ходе кривых охлаждения переохлаждение отражается следующим образом. В случае переохлаждения температура от (а) плавно падает ниже точки равновесной кристаллизации (б) (см. рис. 1.4, кривая 2). При нарушении в точке (б) неустойчивого переохлаждения вследствие самопроизвольного возникновения центра кристаллизации или прививки начинается выпадение твердой фазы. Выделяющаяся теплота быстро повышает температуру, которая при благоприятных условиях поднимается до температуры равновесной кристаллизации, отвечающей остановке (а — б).

При малой скорости температура может и не достигнуть уровня 43 горизонтального участка (а — б). Если переохлаждение устойчи- во, то температура падает по плавной кривой (показанной тон- кой чертой), составляющей продолжение кривой (а — а'). Температура начала кипения и испаряемость Температурой кипения однородной жидкости обычно называют температуру, при которой давление насыщенного пара равно 760 мм рт. ст.

Для горючих — керосина, бензина, соляра и др., являющихся весьма сложными по составу жидкостями, взамен простого понятия температура кипения приходится прибегать к более сложному и условному понятию — «кривой выкипания» илн «крнвой разгонки». %6 газ вл и Фд гд и юд г«з гвп ггз т З'с Рнс. ГЗ.

Аппарат Ллп раагоики топлива Рис Ьб График фракционного состава топлива: ! — авиацаоиный бензин т †топли пзировой фракции 3--керосин «Кривой разгонки» называют кривую зависимости между температурой паров и объемным процентом выкипевшей жндкости. Если прн перегонке жидкости следить за температурой выделяющихся паров и одновременно регистрировать количество перегнанной жидкости, то легко установить зависимость между двумя факторами.

Изображая эту зависимость графиком, получают кривую «разгонки» данной жидкости. Следует иметь в виду, что полученная таким образом зависимость в значительной мере определяется конструкцией, размерами перегонного аппарата (рис. 1.5) и способами ведения процесса разгонки, которые регламентируются ГОСТ 2177 — 66.

Пользуясь методом разгонки, всегда можно разделить сложное горючее на его фракции, которые выкипают при разной температуре. Кривая разгонки показывает процентное содержание выкипающих фракций в зависимости от температуры. Поэтому она характеризует фракционный состав топлива и позволяет сделать заключение о характере его испаряемости (рис. 1.6). Кроме того, на кривой разгонки имеется ряд характерных точек,1 позволяющих сделать важные заключения об эксплуатационнмх свойствах топлива.

Так для авиационного бензина точка выкипания 107, топлива определяет так называемые «пусковые свойства». Онадолжна быть не выше 80' С. Чем ниже температура, при которой отгоняется 107« горючего, тем легче осуществить старт двигателя. Слишком низкая температура выкипания 10$> горючего создает опасность закупорки топливопровода газовыми пробками вследствие испарения в нем низкомолекулярных фракций. Это вызовет прекращение подачи топлива и остановку двигателя. Существенное значение имеет так называемая «приемистость» топлива, характеризующаяся температурой, при которой выкипает 50Т«топлива. Чем ниже температура, тем лучше испаряется топливо, тем за более короткий промежуток времени возможен переход двигателя на более напряженный режим.

Норма на выкипанне 50~4 керосина составляет примерно 211' С. Чем ниже температура выкипания 907ю топлива, тем лучше его общая испаряемость. Температура выкипания 90'/, топлива равна примерно 250'С. С повышением температуры конца кипения увеличивается нагарообразование, вызываемое неполнотоя сгорания топлива.

Упругость пара и скрытая теплота парообразования Упругость пара, скрытая теплота парообразования и температура жидкости и пара тесно связаны между собой. Изменение одного из этих параметров влечет за собой изменение других н может существенно влиять на работу систем охлаждения и питания двигателя. Упругость пара является одной из важнейших физико-химических характеристик топлива или его компонентов. При эксплуатации топлив этот показатель особенно важен с точки зрения пожароопасности.

Чем выше упругость пара, тем быстрее насыщается пространство парами топлива и больше опасность нх воспламенения, загорания, а иногда и взрыва. В условиях эксплуатации топлива на двигателе высокая упругость пара может оказаться полезной при обеспечении наддува баков за счет собственной упругости пара. Однако одновременно она может стать и причиной разрушения стенок бака в силу их недостаточной прочности или причиной кавитации в турбонасосном агрегате, так как при высокой упругости пара значительно облегчается образование паровых пузырей в жидкости при низкой температуре.

Механизм испарения жидкости и образования давление паров с кинетической точки зрении представляется следущщим. При определенных термических условиях часть молекул жидкости приближается с известной скоростью из нижних слоев к поверхности жидкости, задерживается действующими силами притяжения и остается в жидкости. Другая часть молекул, обладающая большими скоростями, достигает поверхности жидкости, преодолевает силу притяжения, проходит поверхность и переходит в газовую область пространства, т. е, испаряется. В то же время молекулы в газовой области, достигающие поверхности жидкости, подвергаются воздействию снл притяжения и увлекаются в жидкость — конденснруются. Если количества испарившихся и сконденсировавшихся молекул будут равны, устанавливается динамическое равновесиеи при данной температуре давление насыщенных паров принимает вполне определенное значение.

С колебанием температуры изменяется скорость молекул н количество молекул, перешедших в паровую фазу и обратно, изменяется и равновесие системы, вызывая соответствующее отклонение плотности и давления насыщенных паров. Число молекул, скорость которых настолько велика, что они могут преодолеть силы притяжения, определяется законом распределения Максвелла, по которому с ростом температуры весьма значительно увеличивается число молекул с большой скоростью.

Характеристики

Список файлов домашнего задания