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

Текст из файла

ФАКУЛЬТЕТ Энергомашиностроение

КАФЕДРА Э1 — «Ракетные двигатели»

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

ПО КУРСУ

«Экология и утилизация ЖРД»

НА ТЕМУ:

«Экология ЖРД»

Студент Э1-111 __________________ К.А. Саркисян

(Группа) (Подпись, дата) (И.О. Фамилия)

Преподаватель __________________ Ф.В. Пелевин

(Подпись, дата) (И.О. Фамилия)

2020 г.

Содержание

Задание на выполнение работы 3

1 Исходные данные для расчета 4

2 Описание исследуемых компонентов жидкого ракетного топлива 5

2.1 Физико-химические свойства окислителей и горючих 5

2.2 Дополнительные сведения 5

2.2.1 Кислород 5

2.2.2 Четырехокись азота 7

2.2.3 Водород 8

2.2.4 Керосин 10

2.2.5 Метан 10

2.2.6 Несимметричный диметилгидразин 11

3 Термодинамические расчеты 12

3.1 Допущения 12

3.2 Топливо кислород-водород 12

3.3 Топливо кислород-керосин 15

3.4 Топливо кислород-метан 19

3.5 Топливо азотный тетраоксид-несимметричный диметилгидразин 23

Выводы 28

Список используемых источников 31

Литература 31

Программные продукты 31

Сетевые ресурсы 31

Приложение 32

Задание на выполнение работы

Для заданных значений давления в камере , геометрической степени расширения сопла , четырех пар компонентов жидкого ракетного топлива и диапазона варьирования коэффициентом избытка окислителя определить термодинамическим расчетом химический состав истекающей из сопла струи продуктов сгорания (ПС), произвести их сравнительный анализ, а также сделать вывод о целесообразности применения той или пары компонентов с точки зрения влияния на окружающую среду.

1. Исходные данные для расчета

Давление в камере .

Геометрическая степень расширения сопла .

Интервал варьирования коэффициентом избытка окислителя .

Пары компонентов топлива:

• кислород-водород;

• кислород-керосин;

• кислород-метан;

• азотный тетраоксид-несимметричный диметилгидразин.

1. Описание исследуемых компонентов жидкого ракетного топлива

   1. Физико-химические свойства окислителей и горючих

В табл. 1 представлены некоторые физико-химические свойства окислителей и горючих, используемых для расчета [1, с. 210, 211].

Таблица 1 – Физико-химические свойства ракетных окислителей и горючих

Компонент	Формула	Молекулярная масса	Энтальпия, кДж/кг	Плотность, кг/м3	Вязкость, Па·с	Теплопроводность, Вт/(м·К)	Теплоемкость, Дж/(кг·К)	Температура кипения, К	Давление паров, Па·10-5	Токсичность (ПДК), мг/м3
Окислители
Кислород	O2	32,0	-398	1140	0,2·10-3	0,17	1700	90	1,013	Не токсичен
Четырехокись азота	N2O4	92,016	-207	1440	0,42·10-3	0,13	1539	294	1,013	5
Горючие
Водород	H2	2,016	-4354	71	0,13·10-3	0,12	9460	20,4	1,013	Не токсичен
Керосин	C7,21H13,29	100	-1948	820…850	0,98·10-4	0,12	2380(373)	420–550	0,042	300
Метан	CH4	16,043	-5566	420	0,15·10-2	0,19	3424	112	1,013	—
Диметилгидразин несимметричный	(CH3)2N2H2	60,102	828	790	0,51·10-3	0,16	2730	335	0,21	0,1

Примечания: 1. Данные приведены для веществ 100 %-й концентрации. 2. Все величины для высококипящих веществ приведены при 293–298 К, для криогенных – при T_кип при атмосферном давлении. В скобках приведено значение температуры в К, при котором данная величина определена.

1. Дополнительные сведения

   1. Кислород

Жидкий кислород практически не оказывает коррозионного действия, и при выборе материалов в основном приходится учитывать возможность их охрупчивания при низких температурах [2, с. 263].

Жидкий кислород обладает хорошей текучестью, он способен проникать через очень малые зазоры и в силу этих свойств является хорошим смазывающим материалом для подшипников турбонасосных агрегатов. Кислород не является коррозионноактивным, и поэтому выбор конструкционных материалов не ограничен. Однако надо учитывать, что жидкий кислород — жидкость с высокой степенью криогенности, и ее контакт с конструкционным материалом вызывает так называемое «охрупчивание» материала. Материал становится хрупким, теряет пластичность, ковкость и под нагрузкой сопротивляемость его падает. В качестве прокладочного материала при работе с жидким кислородом применяют фторопласты, винипласты, специальные сорта резины из изопренового каучука. Прокладки органического происхождения недопустимы, так как они могут воспламеняться. Лучшими металлическими прокладками являются свинец, чистый алюминий и медь.

Транспортировка жидкого кислорода в небольших количествах (до 10—15 л) осуществляется в металлических сосудах Дьюара (рис. 1).

Рисунок 1 – Сосуды Дьюара

Для заправки баков ракет (до 3—5 т) кислород доставляется в баках-танках, построенных по типу сосуда Дьюара. Для заправки ракет с емкостью баков в несколько десятков тонн и более используются специальные железнодорожные цистерны, но более целесообразно в таком случае иметь установку для производства жидкого кислорода и его хранилище в непосредственной близости от стартовой площадки и производить заправку баков через специальные трубопроводы. Баки хранилищ и баки ракеты для жидкого кислорода должны иметь надежную теплоизоляцию, ведь температура кипения жидкого кислорода почти на 200 °C ниже нормальной температуры 288—293 К). По условиям теплопередачи при такой разнице температур во избежание кипения жидкого кислорода слой теплоизоляции бака должен достигать 300—400 мм. Такая толщина теплоизоляционного слоя на баках хранилищ возможна, но на баках ракет недопустима из-за тяжести и низкой прочности. Действующие в полете ракеты ускорения приведут к тому, что весь слой изоляции под действием сил инерции будет сорван с бака.

На практике обычно приходится ограничиваться минимально допустимой толщиной слоя теплоизоляции, которая обеспечивает минимальное испарение кислорода, обычно около 0,3—0,6 % объема жидкости в час. Это значит, что в условиях длительного времени пребывания ракеты на старте нужно производить подпитку баков кислородом. При минимальной толщине слоя теплоизоляции, обычно около 65—75 мм, пристеночный слой кислорода находится в состоянии слабого кипения, а это приводит к снижению плотности жидкости. Последнее обстоятельство надо учитывать при расчете размеров трубопроводов, и поэтому рекомендуется принимать расчетную плотность жидкого кислорода, равной 1,1—1,05 г/см³.

При заправке баков ракеты потери жидкого кислорода в результате испарения при контакте со стенками «горячих» — «не захоложенных емкостей» бывают очень велики и иногда достигают полного объема бака.

Жидкий кислород обладает очень высокой упругостью паров (см. табл. 1). С увеличением температуры упругость пара значительно возрастает, и поэтому кислородные баки должны дренироваться в атмосферу.

За счет упругости паров жидкого кислорода можно обеспечить наддув баков, закрывая или регулируя при этом дренажный клапан. Для гарантии безопасности нагрузки на стенки бак должен иметь предохранительный клапан. Баки и трубопроводы перед заполнением жидким кислородом должны продуваться горячим воздухом для полного удаления влаги, иначе возможны примерзания клапанов и другой арматуры. Кислород обеспечивает высокий удельный импульс тяги и является относительно дешевым окислителем: по пятибалльной шкале стоимости его индекс равен единице. Производственные возможности получения жидкого кислорода также довольно просты. Именно этими условиями определяется широта применения кислорода [3, с. 58–60].

1. Четырехокись азота

Четырехокись азота очень ядовита, поэтому вдыхание паров N₂O₄ недопустимо даже в очень небольших концентрациях, все работы должны проводиться в противогазах, а лабораторные исследования — только под вытяжкой.

Четырехокись азота можно хранить и перевозить в стальных или алюминиевых баллонах, при нормальной температуре внутри баллонов давление сравнительно невысокое (примерно 2 кг/см² при 308 К), поэтому для хранения четырехокиси азота можно применять баллоны, рассчитанные на низкое давление. Влажная четырехокись азота разъедает сталь. В настоящее время для перевозки и хранения четырехокиси азота чаще применяют цельносварные стальные баллоны. Из-за узкого температурного диапазона (269—295 К) жидкофазного состояния применение четырехокиси азота на ракетных установках в зависимости от условий эксплуатации может вызвать необходимость применения термостатирования. Так, в условиях космоса или на земле в условиях низких температур необходимо обеспечить подогрев азотного тетраоксид. При хранении заряженной установки в летных условиях при высокой температуре, наоборот, необходимо охлаждение емкостей с четырехокисью азота, иначе начнется диссоциация. Взрывоопасность и пожароопасность азотного тетраоксида (АТ) могут проявиться только при контакте с горючими веществами главным образом углеводородного происхождения [3, с. 68].

1. Водород

Водород представляет собой пожароопасную жидкость, так как дает с кислородом и воздухом легковоспламеняющиеся смеси в очень широком диапазоне концентрации, с кислородом от 4 % до 94 % водорода, с воздухом от 12 % до 84 %. Температура самовоспламенения этих смесей около 500 °C (775 К). Пожароопасность увеличивается за счет электризации парофазной струи при утечках водорода. При воспламенении водород горит бесцветным пламенем, что затрудняет обнаружение воспламенения и создает значительную опасность неожиданного контакта с факелом.

Водород не токсичен, но дыхания не поддерживает и, таким образом, не обеспечивает жизненных процессов организма. При контакте с жидким водородом возникает мгновенное обмораживание, внешне напоминающее ожог глубокого проникновения и поэтому долго не заживающее. Работа в атмосфере, насыщенной газофазным водородом, должна производиться только в изолирующих противогазах, но практически такая работа недопустима по условиям пожаро- и взрывоопасности.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов домашнего задания