£ 5. Определение коэффициента избытка окислителя в топливе |
147 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
Таблица 5. 6 |
|||
Концентрация |
75 |
85 |
95 |
100 |
75 |
85 |
95 |
100 |
|
С2Н5ОН в % |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
X в кг{кг |
|
|
|
|
X' в л/л |
|
||
0,6 |
0,745 |
0,892 |
1,038 |
1,112 |
0,558 |
0,649 |
0,731 |
0,768 |
|
0,7 |
0,950 |
1,112 |
1,274 |
1,355 |
0,712 |
0,809 |
0,797 |
0,937 |
|
0,8 |
1,154 |
1,332 |
1,509 |
1,598 |
0,865 |
0,969 |
1,063 |
1,105 |
|
0,9 |
1,359 |
1,552 |
1,745 |
1,841 |
1,019 |
1,129 |
1,229 |
1,273 |
|
1,0 |
1,564 |
1,772 |
1,980 |
2,085 |
1,172 |
1,290 |
1,395 |
1,441 |
|
Если известно соотношение компонентов топлива по |
весу |
или |
|||||||
по объему х', то по графикам фиг. 5. 8 можно приближенно опре делить содержание горючего и окислителя в топливе в % по весу или объему.
Фиг. 5. 8. Объемное и весовое про |
Ф|иг. |
5.9. Удельная |
тяга двигателя |
||
центное |
содержание |
в топливе |
в зависимости от коэффициента из |
||
горючего и окислителя в зависимо |
бытка окислителя в топливе при раз |
||||
сти от |
коэффициентов |
состава х |
ных |
давлениях в |
камере сгора |
|
и х'. |
|
|
ния. |
|
Вопрос оптимального значения aoni для различных топлив в за висимости от давления в камере сгорания еще недостаточно изучен.
При заданном давлении в камере сгорания двигателя оптимальным будет то значение коэффициента избытка окислителя, которому от вечает максимум удельной тяги, значение которой, так же как
и оптимальное значение этого коэффициента, зависит от характера процесса истечения продуктов сгорания топлива из сопла.
При повышении давления в камере двигателя снижается диссо циация продуктов сгорания топлива (процесс сгорания интенсифи цируется), и поэтому значение а по величине максимальной удель ной тяги возрастает (фиг. 5.9).
Расчеты показывают, что у топлив с высокой температурой сго рания (например керосин-фжидкий кислород) максимум удельной
10*
148 |
Гл. 5. Характеристики топлив ЖРД |
тяги лежит в области меньших а (фиг. 5. 10), чем у топлив с отно сительно низкой температурой сгорания (например керосин-|-азот-
ная кислота).
При одном и том же давлении в камере двигателя максимум
температуры сгорания топлива по величине а лежит ближе к еди нице, чем максимум удельной тяги.
Расчеты показывают, что изменение х относительно его
оптимального значения на 5'% снижает РуД на 0,5'°/о, а измене ние х на 2% изменяет темпера
туру продуктов сгорания топ
лива почти на 50° С и конечную скорость полета снаряда при близительно на 4'Vo.
Для приближенного опреде ления оптимального значения аопт даного топлива в зависимо сти от давления в камере сгора ния двигателя нужно задаться несколькими предполагаемыми значениями а (не менее четы рех) и вычислить при этих зна-
|
|
^опт |
Фиг. 5. 10. |
Зависимость теоретической |
Фиг. 5. И. Зависимость идеального |
удельной тяги некоторых топлив от ко |
и действительного тепловыделений |
|
эффициента |
избытка окислителя при |
топлива от коэффициента избытка |
давлении в камере сгорания рк=20; 40 и |
окислителя. |
|
60 ата.
/—керосин 4-96 % -ная |
азотная |
кислота. |
2—93.5%-ный этиловый |
спиртЧ- |
жидкий кис |
лород, <3—керосин 4- жидкий кислород.
чениях удельную тягу двига теля, а затем построить графи ки зависимости РуД от а.
На фиг. 5. 11 показаны кривые удельных тепловыделений топлива в идеальном двигателе qK.K и в реальном двигателе q?. (с учетом побочных теплопотерь) в зависил ости от коэффициента избытка
окислителя в топливе а.
§ 5. Определение коэффициента избытка окислителя в топливе |
149 |
Из этой фигуры видно, что кривая qK имеет максимум при а<1, |
|
располагается ниже кривой qK„ и стремится сблизиться |
с ней |
в области пониженных температур, связанных с большим недостат ком окислителя (левая ветвь фигуры) или горючего (правая ветвь).
Это сближение обеих кривых вызывается уменьшением диссо циации продуктов сгорания топлива с переходом процесса сгора ния в область более низких температур. Резкое понижение обеих кривых в области уменьшенных а (от единицы до нуля) объясняет ся все большим недостатком окислителя и резко замедленным хо дом процесса сгорания в связи с понижением температуры.
В области а> 1 эти кривые удельного тепловыделения, а следо вательно, и температура процесса сгорания топлива понижаются
более круто (по сравнению с областью а<1), в связи с чем замед ляется и скорость процесса сгорания.
При повышении давления в камере сгорания удельное тепловы деление qK увеличивается в связи с уменьшением диссоциации про дуктов сгорания топлива.
Элементарный весовой состав 1 кг топлива при заданном коэф фициенте избытка окислителя а определится по формулам:
|
а) |
углерода |
|
в) кислорода |
|
|
|
|
С _ |
Сг Н~ д/рСр |
кг/кг; |
О — °г + а/оО° |
кг./кг; |
||
|
|
1 + аХо |
|
|
1 + “Хо |
|
(5.25 |
|
б) |
водорода |
|
г) |
азота |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Нг + аХоНо кг1 |
. т |
Nr aYoNo |
, |
||
|
|
1 + “Хо |
|
N=—— |
°- |
кг кг. |
|
|
|
|
|
1 + аХо |
|
|
|
сина |
Пример 8. Определить элементарный состав топлива, состоящего из керо |
||||||
(Сг — 0,86; |
Нг = 0,13 и |
Ог = 0,01 |
кг1кг) и азотной кислоты 96 %-ной весо |
||||
вой |
концентраьи! (Но = 0,020; Оо = 0,767 и |
No = 0,213 |
|
кг[кг), если коэффи |
|||
циент избытка окислителя в |
топливе а — 0,8. |
|
|
|
|||
Решение.
1. Потребное количество азотной кислоты заданной весовой концентрации для сгорания 1 кг керосина:
а) теоретическое
8
О |
Сг + 8НГ — Ог |
0,86 + 8-0,13-0,01 |
Хо = |
|
= 5,46 кг1кг; |
Оо |
Со + 8Н0^ |
0,767-8-0,02 |
|
б) действительное
X ~ “Хо = 0,8-5,45 = 4,36 кг)кг.
2. Элементарный состав данного топлива’будет
Сг + хСо _ |
0,86 |
Ст |
= 0,161 кг)кг; |
1 + X |
1 + 4,36 |
150 |
Гл. 5. Характеристики топлив ЖРД |
|
||
Нт |
Or + хОо |
0.13 + 4,36-0,02 |
кг/кг; |
|
1 + х |
1 + 4,36 |
= 0,039 |
||
|
|
|
||
|
Ог + хОо |
0,01 +4,36-0,767 |
кг[кг; |
|
т“ |
1+Х " |
1+4,36 |
= 0,626 |
|
|
|
|||
N |
Nr + xNo |
4,36-0,213 |
|
|
1 +х |
= 0,174 кг}кг |
|
||
|
1 + 4,36 |
|
|
|
|
|
Всего |
1,00 кг |
|
§6. Определение весовых и объемных частей, удельного веса
иудельного объема топлива
При термодинамическом расчете двигателя необходимо знать весовые и объемные доли горючего и окислителя, удельный вес или удельный объем топлива заданного состава.
Эти характеристики топлива можно определить по формулам: 1) весовые доли компонентов топлива
|
|
gr =------ |
—------ |
кг/кг; |
gQ —---- |
— кг/кг, |
(5.26) |
|
|
|
|
Рг + “Х|+о |
|
Иг + “Хр.Ро |
|
|
|
где |
|
Цо — число кмолей топлива по расчету на 1 |
кмоль горю |
|||||
|
|
|
чего, причем gT-f-g0 = 1 |
кг; |
|
|
||
2) |
удельные объемы компонентов топлива |
|
|
|||||
|
|
|
vT~grl'irAlKz; vo=g0l4° л/кг, |
|
(5.27) |
|||
где Yr |
и |
уо кг1л — удельные веса соответственно горючего и окис |
||||||
|
|
|
лителя; значения их берутся из таблиц |
и ис |
||||
|
|
|
правляются в зависимости от заданной |
темпе |
||||
|
|
|
ратуры; |
|
|
|
|
|
3) |
удельный объем топлива |
|
|
|
|
|||
|
|
|
UT=vr4-Vo=gr/Yr+go/ у» кг/л; |
|
(5. 28) |
|||
4) |
удельный вес топлива |
|
|
|
|
|||
|
т |
1 |
|
1 |
= |
+ “ХпРо |
|
_ л_. |
|
= — =---------------------- |
|
-------- кг л; |
(5. 29) |
||||
|
|
«т |
(grftr) + (golto) |
(Рг/Yr) + а (Хр+о/То) |
|
|
||
5) |
объемные доли |
топлива |
|
|
|
|
||
г=-^ =------------------ |
|
л/л; г0=^ =------------------ |
л'л, |
(5.30) |
||||
«т |
(£г/7г) + (£о/1о) |
|
«т |
(^r/7r) + (go/7o) |
|
|
||
где Гг+/-0=1 л.