12077

Параметры продуктов сгорания в камере ракетного двигателя

Лабораторная работа

Физика

Отчет Лабораторная работа №1 Параметры продуктов сгорания в камере ракетного двигателя Цель работы: С помощью термодинамического метода определить параметры продуктов сгорания топлива в камере. Исходные данные для расчетов: Компоненты: Кислород...

Русский

2013-04-23

127.79 KB

3 чел.

Отчет

Лабораторная работа №1

«Параметры продуктов сгорания в камере ракетного двигателя»

Цель работы:

С помощью термодинамического метода определить параметры продуктов сгорания топлива в камере.

Исходные данные для расчетов:

Компоненты:

  1. Кислород (жидкий)

Массовая доля: 0,68

Энтальпия:  

  1. Вещество №6

Массовая доля: 0,32

Энтальпия:  

Давление, при котором осуществляется сгорание топлива: 50 атм.

Основные соотношения, используемые при проведении работы

В данной работе требуется определить температуру продуктов и сгорания и их состав. Задача сводится к отысканию зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры.

Для определения состава продуктов сгорания используются нижеследующие формулы. Состав удобно задавать с помощью условной формулы (УФТ):

Коэффициенты условной формулы (на примере углерода):

Где nn – количество компонентов в составе топлива

       - число молей элемента (в данном случае углерода) в одном моле i-го компонента

       - масса моля i-го компонента

        - массовая доля i-го компонента

Энтальпия топлива:

Где - удельная энтальпия i-го компонента при начальной температуре.

Коэффициент избытка окислительных элементов, используемый для оценки свойств топлива:

 

Где - коэффициенты в условной формуле топлива при окислительных и горючих элементах

        - наивысшая валентность окислительных и горючих элементов.

Матрицы, связанные со списком продуктов сгорания и необходимые для проведения расчета.

Матрица W1 размера :

;  ;   

Где - количество атомов j-го элемента (АГВ) в молекуле i-го МГВ

Матрица W2 размера :

;  ;   

Где - количество атомов j-го элемента (АГВ) в молекуле i-го КВ.

Матрица Н размера :

;  ;   

Где - коэффициент в j-ом члене полинома, аппроксимирующего зависимости для i-го вещества

Матрица С размера k:

;   

Где - коэффициент i-го элемента (АГВ) в УФТ

Уравнение материального баланса является следствием закона сохранения вещества и выражают следующую закономерность: число молей элемента в 1 кг топлива равно числу молей этого элемента во всех соединениях 1 кг продуктов сгорания.

Количество уравнений k+1.

Уравнение на примере углерода:

Где - число молей газообразных продуктов в 1 кг продуктов сгорания

      р – полное давление

      с – коэффициент в условной формуле элемента (в данном случае углерода)

       - парциальное давление i-го МГВ

       - число молей углерода в одном моле i-го МГВ

       - условное парциальное давление j-го КВ,

      , где - число молей j-го КВ в 1 кг продуктов сгорания

      - число молей углерода в одном моле j-го КВ

       - давление насыщающих парой j-го КВ

      - парциальное давление k-го иона

       - число молей углерода в одном моле k-го иона

       - парциальное давление атомарного элемента (в данном случае углерода).


Уравнение равновесия – это математическая формулировка закона действующих масс. В равновесной смеси продуктов химического взаимодействия протекает большое количество равновесных химических реакций, которые могут быть выражены через независимые химические реакции. В качестве подобных могут быть выбраны реакции диссоциации МГВ, КВ, ОИ и ПИ на АГВ и электронный газ.

Число уравнений равновесия: n+m+l

Уравнение диссоциации имеют вид:

Где С, Н – символы химических элементов

       - количество молей элементов (углерода, водорода и т.д.) в одном моле i-го МГВ.

Соответствующие уравнения равновесия имеют вид:

Где - константа равновесия,  применительно к реакции диссоциации i-го МГВ.

Уравнение, выражающее закон Дальтона:

Количество уравнений: 1.


Примеры уравнений модели формирования состава равновесной смеси при постоянных значениях давления и температуры

Уравнение материального баланса на примере углерода С:

Уравнение равновесия на примере диссоциации :

Константа определяется:

Уравнение, выражающее закон Дальтона:


Определение состава продуктов сгорания

Масса моля кислорода :  =0,032

Масса моля вещества №6 : =0,06

Коэффициенты условной формулы топлива:

Проверка:

Условная формула УФТ:

Коэффициент избытка окислительных элементов:

      

Предполагаемый список продуктов сгорания:

МГВ

КВ

АГВ

1.

Нет

12. С

2. СО

13. Н

3. NO

14. N

4.

15. О

5.

6.

7. ОН

8.

9.

10.

11.

Матрица W1:

С

Н

N

O

1

0

0

2

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

2

1

0

0

1

2

0

2

0

1

0

1

0

1

0

2

0

0

0

0

2

0

2

0

0

0

1

4

0

0

Матрица С:

10.7

42.7

10.7

42.5

Определение зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры

Энтальпия топлива:

 

Определение зависимости:

Температура, Т

2000

2500

3000

3500

4000

Энтальпия,

-6471369

-5340445

-3560992

-391980

4127018

Из зависимости следует, что условию соответствует примерная температура 3545 К.

Использование программы позволяет уточнить данные:

Температура, Т

3545. 214

Парциальное давление МГВ, атм

1.

6.345478

2. СО

6.058969

3. NO

1.582728

4.

5.

6.

20.034290

7. ОН

6.813586

8.

1.053403

9.

5.414695

10.

11.

Парциальное давление АГМ, атм

12. С

13. Н

14. N

15. О

2.129303

Число молей газообразных продуктов в 1 кг продуктов сгорания ,

43.09007

Энтальпия продуктов сгорания,

-22634.94

Энтропия продуктов сгорания,

11644.96

Вывод:

Используя термодинамический метод, определил температуру продуктов сгорания: приблизительно 3545. 214 К. Энтальпию, а так же остальные термодинамические функции и парциальные давления входящих в состав продуктов сгорания веществ, можно определить из решения системы уравнений, входящей в математическую модель формирования состава равновесной смеси при постоянных значениях давления и температуры.   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18416. Основные понятия и определения: система управления, объекты управления и их характеристика 91 KB
  Лекция 1. Введение. Основные понятия и определения: система управления объекты управления и их характеристика. До сего времени в повседневной жизни и в тех дисциплинах которые вы уже прослушали мы постоянно употребляли такие слова как €œсистема€ €управление€ €
18417. Общие сведения о технических средствах автоматизации 107 KB
  Лекция 2. Общие сведения о технических средствах автоматизации. Необходимость изучения общих вопросов касающихся технических средств автоматизации и государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации ГСП диктуется тем что технические средств
18418. Модели и процессы принятия решений. Функции и критерии управления. Системный подход к управлению 80 KB
  Лекция 3. Модели и процессы принятия решений. Функции и критерии управления. Системный подход к управлению. Системный подход к задачам управления Существенное изменение масштабов производственных задач на современном предприятии требует использования эффективных ...
18419. Автоматизированные системы управления производством, технологическими процессами. Общая характеристика систем 48 KB
  Лекция 4. Автоматизированные системы управления производством технологическими процессами. Общая характеристика систем. Принципы создания и функционирования автоматизированных систем. Автоматизированные системы управления. Как мы уже знаем под автоматизацией
18420. Организационная и функциональная структура АСУ. Методика формализации систем 61.5 KB
  Лекция 5. Организационная и функциональная структура АСУ. Методика формализации систем. Структура АСУ и ее анализ. Организация протекающих внутри системы информационных и управляющих процессов основана на принятой для этого внутренней структуре. При изучении хара
18421. Последовательность разработки автоматизированных систем 48.5 KB
  Лекция 6. Последовательность разработки автоматизированных систем. Разработка автоматизированных систем включает в себя проектирование внедрение опытную эксплуатацию и нормальную работу АСУ. Большой объем и известная сложность разработки и внедрения АСУ опр
18422. Технология проектирования автоматизированных систем 76 KB
  Лекция 7. Технология проектирования автоматизированных систем. Предпроектной стадия создания АСУ. Предпроектной стадии предшествует ознакомление организацииразработчика с объектом автоматизации и создание организационных предпосылок для начала работ по создан...
18423. Техническое обеспечение автоматизированных систем. Государственная система приборов и средств автоматизации (ГСП). Состав и структура ГСП, характеристика элементов ГСП 185.5 KB
  Лекция 8. Техническое обеспечение автоматизированных систем. Государственная система приборов и средств автоматизации ГСП. Состав и структура ГСП характеристика элементов ГСП. Техническое обеспечение автоматизированных систем. Техническое обеспечение АСУ опре...
18424. Классификация и общая характеристика средств получения информации 36.5 KB
  Лекция 9. Классификация и общая характеристика средств получения информации. Надежная и эффективная работа систем автоматизации в первую очередь определяется достоверностью получаемой об объекте управления информации. Получение в АСУТП точной своевременной полн...