Шишков

2.2. Термодинамический расчет процессов горения и истечения

Термодинамический расчет состава и характеристик продуктов сгорания твердого топлива на входе в сопло и в его различных сечениях проводится при следующих общих допущениях: горение протекает полно, без обмена теплом с окружающей средой; продукты сгорания - химически и физически равновесная смесь; газовая фаза подчиняется уравнению идеального газа; отсутствуют необратимые процессы. Скорость течения в двигателе (при горении) предполагается равной нулю. Течение смеси при расширении по соплу однородное по составу и одномерное. Значение параметра, рассчитанного при этих предположениях, называют идеальным [2,25].

Исходными данными для расчета являются химический состав, энтальпия топлива H и внешние условия - давление в двигателе р₀ и степень расширения сопла.

По результатам расчета идеальных параметров вычисляют: скорость

продуктов сгорания в данном сечении v = ; расходный комплекс=p₀F/m=fр₀; удельную площадь f=F/m; геометрическую степень расширения сопла F/F=f/f; удельный импульс в пустоте I_уп=v+f_ap_a; удельный импульс при р_а=р_н(р_н- давление окружающей среды) I_у = I_у _п -рf_а =v коэффициент тяги в пустоте К=; температуру Т.

Наряду с расчетом процесса равновесного расширения смеси продуктов сгорания в сопле также вычисляют изоэнтропийные течения еще по нескольким моделям:

1) химически замороженное течение (с целью верхней оценки потерь удельного импульса из-за химической неравновесности);

2) течение без фазовых превращений, к примеру без кристаллизации окиси алюминия (с целью оценки потерь удельного импульса из-за отсутствия кристаллизации);

3) течение с внезапным замораживанием при некоторой температуре (с целью приближенного описания сложного процесса химической кинетики).

Термогазодинамический расчет идеальных значений различных параметров осуществляется на ЭВМ; результаты расчета для некоторых твердых топлив приведены в табл. 2.1 -2.4 [2].

Таблица 2.1

Характеристики и равновесный состав продуктов сгорания

(мольные доли) баллиститного топлива HES-4016

(CHON)

Характеристика и состав продуктов сгорания

, МПа

7,0

(горение)

3,986

0,10

0,05

Т, К

, м/с

, кДж/(кг*К)

, Н*с/м

, Вт/(м*К)

ОН

НО

3163

26,4

2,88

0,88

0,5

1,17

0,0009

0,0073

0,0016

0,0588

0,0127

0,270

0,145

0,0022

0,316

0,186

2935

26,6

1,17

2,46

0,84

0,4

1,18

0,0003

0,0050

0,0006

0,602

0,072

0,0275

0,146

0,010

0,312

0,194

1573

26,8

1,2

2480

2676

8,87

1,70

0,54

0,16

1,22

0,098

0,246

0,147

0,273

0,236

1386

26,8

1,20

2605

2770

14,9

1,70

0,47

0,14

1,22

0,1120

0,2315

0,1472

0,259

0,2503

Таблица 2.2

Характеристики и равновесный состав продуктов сгорания

(мольные доли) смесевого топлива ANB-3066

(CHONClAlS)

Характеристика и состав продуктов сгорания

, МПа

4,0

(горение)

2,3

0,10

0,05

Т, К

, м/с

, кДж/(кг*К)

, Н*с/м

, Вт/(м*К)

НО

HCl

AlO

3415

27,9

3,76

0,91

1,28

1,16

0,0454

0,3511

0,0947

0,1157

0,0793

0,2656

0,0086

0,3204

3220

28,1

1,14

3,46

0,88

1,16

0,0371

0,3609

0,0896

0,1252

0,0801

0,2682

0,0084

0,3309

2300

28,8

1,13

2454

2725

6,83

2,20

0,71

0,55

1,17

0,0062

0,3912

0,0732

0,1585

0,0822

0,2747

0,0090

0,3576

2150

28,9

1,13

2,631

2866

11,9

2,07

0,68

0,42

1,18

0,0037

0,3935

0,0720

0,1604

0,0824

0,2746

0,0097

0,3585

Таблица 2.3

Характеристики и равновесный состав

продуктов сгорания ДРП

(CHONSК)

Характеристика и состав продуктов сгорания

, МПа

4,0

(горение)

2,3

0,10

0,05

Т, К

, м/с

, кДж/(кг*К)

, Н*с/м

, Вт/(м*К)

НО

2567

35,3

1,62

0,48

0,14

1,22

0,2585

0,0204

0,0906

0,0070

0,0171

0,0614

0,0080

0,0016

0,0026

0,1291

0,2371

0,1631

2342

35,6

1,21

1,0

1,66

0,45

0,13

1,21

0,2604

0,0198

0,0920

0,0098

0,0121

0,0555

0,0110

0,0013

0,0025

0,1302

0,2239

0,1791

1465

36,9

1,20

1826

2007

6,05

1,62

0,32

0,085

1,20

0,2699

0,0162

0,092

0,0252

0,0003

0,0082

0,0226

0,0001

0,0112

0,1349

0,1261

0,2891

1318

37,1

1,20

1941

2093

10,2

1,62

0,29

0,08

1,20

0,2717

0,0159

0,086

0,0264

0,0031

0,0203

0,0182

0,1359

0,1060

0,3105

Таблица 2.4

Характеристики и равновесный состав продуктов сгорания

низкотемпературного топлива ТР-Q-3011А

(CHONCl)

Характеристика и состав продуктов сгорания

, МПа

4,0

(горение)

2,3

0,10

0,05

Т, К

, м/с

, кДж/(кг*К)

, Н*с/м

, Вт/(м*К)

НО

HCl

СН

С*

1224

28,9

3,99

0,46

0,31

1,24

0,248

0,167

0,064

0,109

0,277

0,117

0,018

1139

22,2

1,18

1,0

5,17

0,43

0,39

1,24

0,243

0,162

0,065

0,110

0,257

0,135

0,027

860

24,3

1,14

1643

1822

6,76

9,97

0,35

0,60

1,19

0,237

0,189

0,072

0,123

0,094

0,242

0,043

0,042

815

24,8

1,14

1758

1914

11,8

9,18

0,33

0,58

1,19

0,233

0,203

0,074

0,126

0,067

0,255

0,042

0,052

___________________

*Массовая доля в конденсированном состоянии.

Содержание