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

83635. Общая характеристика задач и методов расчета магнитных цепей 128 KB
  При этом для наглядности можно составить эквивалентную электрическую схему замещения исходной магнитной цепи с использованием которой выполняется расчет. При расчете магнитных цепей на практике встречаются две типичные задачи: задача определения величины намагничивающей силы НС необходимой для создания заданного магнитного потока заданной магнитной индукции на каком либо участке магнитопровода задача синтеза или ldquo;прямаяldquo; задача; задача нахождения потоков магнитных индукций на отдельных участках цепи по заданным...
83636. Нелинейные цепи переменного тока в стационарных режимах 136.5 KB
  Когда постоянная времени нагрева τ одного порядка с Т соотношения между переменными составляюшими напряжения и тока являются более сложными определяющими сдвиг по фазе между ними. Другой важной особенностью нелинейных элементов в цепи переменного тока является вызываемое ими появление высших гармоник даже при наличии в цепи только источников синусоидального напряжения и или тока. На этом принципе строится например ряд умножителей частоты а также преобразователей формы тока или напряжения.
83637. Графический метод с использованием характеристик по первым гармоникам 130 KB
  Основные этапы расчета: строится график зависимости нелинейного элемента для первых гармоник; произвольно задаются амплитудой одной из переменных например связанной с нелинейным элементом и по характеристике последнего находят другую переменную определяющую режим работы нелинейного элемента после чего принимая все величины синусоидально изменяющимися во времени на основании построения векторной диаграммы определяется амплитуда первой гармоники переменной на входе цепи; путем построения ряда векторных диаграмм для различных...
83638. Метод кусочно-линейной аппроксимации 134 KB
  Для каждого участка ломаной определяются эквивалентные линейные параметры нелинейного элемента и рисуются соответствующие линейные схемы замещения исходной цепи. Расчет каждой из полученных линейных схем замещения при наличии в цепи одного нелинейного элемента и произвольного числа линейных не представляет труда. При наличии в цепи переменного источника энергии рабочая изображающая точка будет постоянно скользить по аппроксимирующей характеристике переходя через точки излома.
83639. Метод эквивалентных синусоид (метод расчета по действующим значениям) 181 KB
  Катушка с ферромагнитным сердечником Нелинейная катушка индуктивности изображена на рис. Различают параллельную и последовательную схемы замещения катушки с ферромагнитным сердечником. Схемы замещения уравнения и векторные диаграммы для катушки c ферромагнитным сердечником Схема замещения Уравнения и соотношения для параметров Векторная диаграмма Параллельная Последовательная где где Примечание. Трансформатор с ферромагнитным сердечником Трансформатор с ферромагнитным сердечником изображен на рис.
83640. Переходные процессы в нелинейных цепях 165 KB
  На нелинейные цепи не распространяется принцип суперпозиции поэтому основанные на нем методы в частности классический или с использованием интеграла Дюамеля для расчета данных цепей не применимы. Отсутствие общности подхода к интегрированию нелинейных дифференциальных уравнений обусловило наличие в математике большого числа разнообразных методов их решения нацеленных на различные типы уравнений. Применительно к задачам электротехники все методы расчета по своей сущности могут быть разделены на три группы: аналитические методы...
83641. Графические методы анализа переходных процессов в нелинейных цепях 196.5 KB
  По сравнению с рассмотренными выше аналитическими методами они обладают следующими основными преимуществами: отсутствием принципиальной необходимости в аналитическом выражении характеристики нелинейного элемента что устраняет погрешность связанную с ее аппроксимацией; возможностью проведения расчетов при достаточно сложных формах кривых нелинейных характеристик. Метод фазовой плоскости Метод позволяет осуществлять качественное исследование динамических процессов в нелинейных цепях описываемых дифференциальными уравнениями первого и...
83642. Цепи с распределенными параметрами 159.5 KB
  Однако на практике часто приходится иметь дело с цепями линии электропередачи передачи информации обмотки электрических машин и аппаратов и т. уже при к линии следует подходить как к цепи с распределенными параметрами. Для исследования процессов в цепи с распределенными параметрами другое название длинная линия введем дополнительное условие о равномерности распределения вдоль линии ее параметров: индуктивности сопротивления емкости и проводимости. Уравнения однородной линии в стационарном режиме Под первичными параметрами линии...
83643. Линия без искажений 208 KB
  Таким образом для отсутствия искажений что очень важно например в линиях передачи информации необходимо чтобы все гармоники распространялись с одинаковой скоростью и одинаковым затуханием поскольку только в этом случае сложившись они образуют в конце линии сигнал подобный входному. Однако искажения могут отсутствовать и в линии с потерями. Фазовая скорость для такой линии и затухание .