534 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД
QBbI,= 10750 (4,025 Н- 18,20хпеп—— — Л4н,о) ккал1кмоль.
|
4 |
|
|
|
акат |
|
' |
|
|
|
Здесь . |
хпер—весовое соотношение водных растворов перекиси |
|||||||||
|
водорода и перманганата натрия; |
|
|
|||||||
бпер и Зкат—весовые концентрации этих |
компонентов. |
|
|
|||||||
Действительная температура получаемого парогаза будет |
|
|||||||||
|
|
|
^пГ='РЛг.тоС, |
|
|
|
(10.59) |
|||
где |
92ч-0,95 — коэффициент, |
учитывающий |
фактическое |
вы |
||||||
деление тепла в реакторе |
парогазогенератора |
и потерю |
тепла |
|||||||
в окружающую среду. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Теплосодержание парогаза определяется по обычной формуле: |
||||||||||
rnr=gH^H2o+goaC |
tnr или |
/пг = |
18Л1Н2О + 62МО, |
ккал[кг, (10.60) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где /н2о —теплосодержание водяного |
пара |
в ккал’кг, опреде |
||||||||
|
ляемое по |
диаграмме |
I—S |
в |
зависимости |
от |
его |
|||
Ср |
давления |
и |
температуры; |
|
|
|
|
|
||
—теплоемкость газообразного кислорода при постоянном |
||||||||||
|
давлении в ккал'кг °C; берется из таблицы в |
зависи |
||||||||
|
мости от температуры |
парогаза /пг °C. |
|
|
||||||
Количество образующегося парогаза в секунду зависит от рас хода жидких компонентов за это время в реактор парогазогенера тора. Причем так как секундные расходы компонентов в реактор
практически определяются давлением газа, поступающего из акку
мулятора в баки перекиси водорода и перманганата через редук тор давления, то давление и расход парогаза из реактора в турби ну ТНА регулируются редуктором давления.
Перекисеводородный парогазогенератор с жидким катализато ром двигателя А-4 имеет следующие данные:
I) рабочие компоненты: 80%-ная Н2О2 по весу, 28%-ный NaMnCU по весу
2) расходы компонентов: перекиси водорода — 2,035 кг/сек,
перманганата натрия — 0,165 кг/сек.
3)параметры получаемого парогаза:
давление — 28 ата
температура — 380±40° С
4)производительность парогазогенератора — 2,2 кг/сек.
5)продолжительность работы — 60 сек.>
6)общий вес компонентов в баках установки: перекиси водорода — 169 кг перманганата натрия — 14 кг
536 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД
Катализаторами перекиси водорода могут являться и другие
вещества (водный раствор перманганата КМпО4, сода).
Твердые катализаторы перекиси водорода могут представлять собой керамиковые кубики или пластины, пропитанные соответ ствующими каталитическими веществами, или специальные брике ты, получаемые прессованием н последующим спеканием соответ ствующих веществ (подобно порошковой металлургии).
В качестве связывающего вещества для брикетов (носителя ка тализатора) могут быть использованы металлический свинец, по рошки железа, алюминия, меди и других металлов. Для увеличения
пористости брикетов к смеси добавляют азотнокислый калий KNO3, борную кислоту Н3ВО3, окиси кобальта СогО3 и никеля №30з, ко торые одновременно являются катализаторами перекиси водорода Перекись водорода в присутствии твердого катализатора разла
гается с выделением тепла согласно уравнениям: а) в случае 100%-ной весовой концентрации
Н2О2 — Н2О (вода) + 0,5О2 +23 450 ккал кмоль-,
б) в случае апер%-ной весовой концентрации
Н2О2-/пперН2О —(1 — 7Дпер) Н2О (вода) 4-0,5О2,
где /ппер —число кмолей |
воды |
в 1 кмоль перекиси водорода, |
|||
определяемое по формуле |
|
|
|||
|
Нн.оООО |
°пер) |
. оп Ю0 — апер |
|
|
тпрп=----2—---------------- =1,89------------- кмоль, кмоль. |
|||||
"еР |
18апер |
|
Опер |
|
|
Вес продуктов разложения 1 |
кмоля перекиси водорода <тПер%-ной |
||||
концентрации равен |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 — апер |
= |
3400 |
^пер^Нно +18/ппер = 34+18-1,89------------- |
кмоль/кмоль. |
||||
2 2 |
|
|
=пер |
|
спер |
Безводная |
100%-ная |
перекись водорода |
состоит по весу из |
||
5,9% водорода и 94,1% кислорода. Почти половина этого кислоро да остается связанной с водородом в виде воды.
Количество тепла, выделяемого при разложении 1 кг перекиси водорода согласно уравнению реакции, равно
„ |
23 450 |
23 450 |
с п |
, |
/tn сп |
Qвыд = |
= |
= |
°пеР.= 6’9lnep ККаЛ:Кг ’ |
(10. 6 1 > |
|
|
Рпер |
|
|
|
|
где апеР%—весовая |
концентрация перекиси водорода. |
|
|||
Это тепло расходуется на подогрев и испарение воды компонен тов и на нагревание образующегося парогаза. По мере понижения концентрации перекиси водорода температура получаемого паро
газа понижается, так как при этом увеличивается расход тепла на испарение воды.
|
§ 7. Расчет перекисеводородных парогазогенераторов |
537 |
Следовательно, при разложении 1 кг перекиси |
водорода |
|
100%-ной весовой концентрации образуется: |
|
|
1) |
водяного пара |
|
|
5^,0(100%) ~ 0'528 кг = 52,8 %; |
|
2) |
газообразного кислорода |
|
|
So2(ioo%) =0,472 кг = 47,2% |
|
и выделяется тепла
Qbыд(юо%)ООО ккал/кг,
а при разложении 1 кг перекиси водорода апер%-ной концентра ции соответственно
£h2o = Sh2o(ioo%) |
“Ь^о2 (юо%) ’ |
(1 апер) = ^ |
0,00472опер кг, |
||
Sro2=S’o2(ioo%)<3nep = 0,472anep кг, |
|
|
|
|
|
Фвыд = фвыд(100%)опер |
ККаЛК2, |
|
|
|
|
где апер—концентрация перекиси, выраженная |
в весовых |
еди |
|||
ницах. |
|
|
|
|
|
Количество тепла |
QBi«(ioo%) |
достаточно |
для |
испарения |
при |
давлении 1 ата воды компонентов и повышения температуры обра зующегося парогаза почти до 960° С (фиг. 10. 16). Теплота разло жения перекиси водорода растет линейно от нуля (чистая вода)
до 690 ккал!кг (100%-ная Н2О2).
Вначале эта теплота расходуется на нагревание жидкости а затем, начиная с концентрации 13,5% Н2О2, — на испарение воды При концентрации перекиси 64,5% выделяется такое количество тепла, которого достаточно для полного испарения жидкости, т. е
для образования сухого насыщенного пара. С этого момента теп
лота разложения перекиси дополнительно расходуется на нагрев
парогаза. В случае использования 80 %-ной Н2О2 температура паро газа при давлении 1 ата равна около 460° С.
При использовании твердого катализатора простым изменением концентрации перекиси водорода можно получить парогаз строгс определенной температуры, что является одним из достоинств это
го катализатора.
На фиг. 10. 17 дана диаграмма зависимости температуры и теп лосодержания парогаза от концентрации перекиси водорода и дав
ления в реакторе.
Эту диаграмму можно использовать при расчете перекисево
дородного парогазогенератора.
На фиг. 10. 18 приведена термодинамическая характеристика разложения перекиси водорода Н2О2 различной концентрации при
538 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД
твердом и жидком катализаторах ’. В качестве последнего принят
перманганат натрия NaMnO4 с концентрацией (Ткат »0,35.
Кривые этой фигуры показывают, что концентрация перекиси водорода <Тпер=0,7-4-1,0 обеспечивает диапазон температуры паро-
Фиг. 10. 16. Ф1изико-химические характеристики перекиси водорода при давлении 1 ата и различных весовых концентрациях.
таза вплоть до максимально допустимого в настоящее время для тазовых турбин. Предпочтительно использовать твердый катализа тор.
На фиг. 10. 19 приведены результаты расчета разложения окиси этилена С2Н4О при различных давлениях в камере-реакторе1 Кривые этой фигуры показывают, что температура газовой смеси допустима для современных турбин, а параметр /?к7’к, характеризу
ющий работоспособность 1 кг газа, |
значительный. Это же харак |
|
1 |
Известия высших учебных заведений |
МВО СССР, Авиационная техника. |
-№ 1, |
Казань. 1958. |
|