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

25335. ОБМЕН ЛИПИДОВ 25.5 KB
  Общее количество жира в организме человека колеблется в широких пределах и составляет 1020 массы тела при ожирении оно может достигать 4050. Жировые депо в организме непрерывно обновляются. При обильном углеводном питании и отсутствии жиров в пище синтез жира в организме может происходить из углеводов.
25336. ОБМЕН УГЛЕВОДОВ 23.5 KB
  Избыток глюкозы в печени фосфорилируется и переходит в гликоген. При уменьшении концентрации глюкозы в крови резко снижается физическая работоспособность. Важным производным глюкозы является аскорбиновая кислота витамин С которая не синтезируется в организме человека. При голодании запасы гликогена в печени и концентрация глюкозы в крови уменьшаются.
25337. Водно-солевой обмен 26.5 KB
  Тело взрослого человека на 5065 состоит из воды у детей на 80 и более. В разных органах и тканях содержание воды на единицу массы Неодинаково. В мышцах воды содержится 70 во внутренних органах 7585 их массы. Наиболее велико и постоянно содержание воды в крови 92.
25338. Витамины 63 KB
  Витамины выполняют в организме различные каталитические функции и требуются в ничтожно малых количествах. В организме животных для которых необходимо поступление с пищей определенного витамина последний или совсем не образуется или же образуется в недостаточных для удовлетворения физиологических потребностей количествах. Источником витаминов в основном являются растения в кот.
25339. ТЕПЛОВОЙ ОБМЕН 33 KB
  Поддержание теплового баланс осуществляется благодаря строгой соразмерности в образовании тепла и в ее отдаче. Способность человека противостоять воздействию тепла и холода сохраняя стабильную температуру тела имеет известные пределы. МЕХАНИЗМЫ ТЕПЛООБРАЗОВАНИЯ Образование тепла в организме происходит главным образом в результате химических реакций обмена веществ. В виде первичного тепла рассеивается 6070 энергии.
25340. ВЫДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ 48 KB
  Органами выделения у человека являются почки потовые железы легкие кишечник. Выделительные органы почки легкие потовые железы имеют важное значение и в поддержании постоянства концентрации водородных ионов в организме. Поскольку испарение воды с поверхности кожи и альвеол легких понижает температуру тела потовые железы и легкие имеют значение и в терморегуляции. Особое место среди органов выделения занимают сальные и молочные железы.
25341. ПРОЦЕСС МОЧЕОБРАЗОВАНИЯ И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ 29.5 KB
  Процесс фильтрации воды и низкомолекулярных компонентов плазмы через стенки капилляров клубочка происходит только в том случае если давление крови в капиллярах около 70 мм рт. Из 150180 л первичной мочи реабсорбируется около 148178 л воды. Реабсорбции подвергаются кроме воды многие необходимые для организма органические глюкоза аминокислоты витамины и неорганические ионы К N3 Са2 фосфаты вещества. Импульсы от рецепторов почек по симпатическим нервам поступают в гипоталамус где вырабатывается антидиуретический гормон АДГ...
25342. КОЖА И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫЕ 30.5 KB
  Различные воздействия воспринимают расположенные в коже терморецепторы механорецепторы ноцицепторы. Первые воспринимают изменение температуры вторые прикосновения к коже третьи болевые раздражения. Расположенные на разной глубине в коже нервные окончания воспринимают прикосновения температурное чувство чувство боли. Распределены рецепторы неравномерно их много в коже кончиков пальцев рук ладоней подошв губ наружных половых органов.
25343. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ 31.5 KB
  действием на соседние клетки в пределах одного органа или ткани биологически активных веществ тканевых гормонов гистамина серотомина кининов простагландинов и продуктов клеточного метаболизма например появление при физических нагрузках молочной кислоты в мышцах ведет к расширению в них кровеносных сосудов и увеличению доставки кислорода. В современных условиях концентрацию гормонов в железах крови или моче изучают биологическими ихимическими методами используют ультразвуковое исследований применяют радиоиммунологический метод....