книги / Термодинамическое проектирование баллиститных артиллерийских порохов и твердых ракетных топлив

/удп= 2083+03

Содержание компонентов - объем, (масс.) доли

Размерности выходных величин, помещаемых на экран дисплея, и

выводимые документы программного комплекса определяются введенны­ ми или предполагаемыми по умолчанию директивами: <PrSI, <Prte, <РгМ, <PrP, <PrR, <РгС.

Печать равновесных концентраций компонентов всех фаз иницииру­ ется директивами <PrM, <РгР, <PrR или <РгС. Каждая из них обеспечи­ вает вывод состава в определенных единицах измерения. По умолчанию

предполагается директива <РгМ.

Директива <Prdom обеспечивает вывод концентраций тех индивиду­

альных веществ, содержание которых в рабочем теле не менее

0,000001 моль/кг. По директиве <Prfull выводятся концентрации всех ве­ ществ, участвовавших в расчетах.

В данной работе выходные величины R.г, Z, W и ММ.г далее исполь­ зуются для расчета следующих характеристик исследуемых систем:

• Rpp - газовой постоянной для смеси продуктов сгорания;

Rnp= Rs (1-Z), [кДж/ (кг-К)] в СИ и [кгс-м/ (кг-К)] в технической системе единиц;

•/ - силы пороха, / = Дпр• Т\

• 1\ - единичного расчетного импульса (удельной тяги при Ра = Рнар), /, = 079,80665 (с);

• Мюпр - среднего молекулярного веса смеси продуктов сгорания (отношения полного веса продуктов сгорания к числу молей газовой фазы),

Мюпр= MM.r/(l-Z) (г/моль);

где ММ.г —отношение веса газовой фазы продуктов к числу молей газовой фазы; ММ - отношение полного веса продуктов к общему числу молей М (газы+конденсаты).

3.3.2. Вывод на экран дисплея Результаты, полученные для каждого равновесного состояния, ото­

бражаются на экране дисплея в верхнем окне. После завершения первого этапа расчета пользователю предоставляется возможность просматривать полученные результаты в асинхронном режиме, т. е. не прерывая парал­

лельно продолжающихся вычислений (если они предусмотрены входными данными). При переходе к следующему заданию все ранее полученные ре­ зультаты (но не более 300 последних строк) продолжают оставаться дос­ тупными для обозрения.

3.3.3. Вывод в дисковый файл

Вывод результатов в дисковый файл, если при настройке программ­ ного комплекса он был запрошен, осуществляется после определения ха­ рактеристик равновесия в каждой расчетной точке.

Перед выводом результатов в файл записываются входные данные к расчету в том виде, в каком они были подготовлены в окне встроенного текстового редактора. Файл вывода не изменяется в течение всего сеанса работы с программным комплексом, и в него записываются результаты всех рассчитанных вариантов.

Запись результатов в дисковый файл производится средствами опе­ рационной системы, которая, в свою очередь, использует режим буфериза­ ции. Из-за этого может происходить частичная потеря информации на дис­ ке при прерывании работы программного комплекса до завершения цикла вычислений. Для обеспечения вывода всех полученных данных рекоменду­ ется завершать работу после возврата в окно текстового редактора.

При необходимости дисковый файл может быть распечатан.4

4. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРЕНИЯ

ДВОЙНЫХ СМЕСЕЙ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ВЕЩЕСТВ

Основным фактором, влияющим на термодинамические и энергети­ ческие характеристики продуктов горения, является соотношение между окислительными и окисляющимися элементами в составе пороха. Соотно-

шение между окислительными и окисляющимися элементами - коэффи­

ной молекуле топлива, равное сумме произведений числа атомов окисли­ тельных элементов v* на их высшую валентность (w*). Аналогично для

ном недостатке кислорода могут образовываться, кроме того, низшие уг­

соких температурах возможно появление свободного углерода. Появление этих газов является результатом диссоциации сложных соединений на бо­

что энергия этих колебаний оказывается достаточной для преодоления действующих между атомами сил притяжения и молекула разрушается. Процесс диссоциации требует затраты части энергии теплового движения молекул, что приводит к уменьшению температуры рабочего тела.

Рис. Зависимость состава продуктов горения от температуры при а = 1

относительному снижению давления, т.е. процессы рекомбинации, веду­ щие к снижению числа молекул смеси.

Результатом сильного возбуждения электронов при высокой тем­ пературе может быть отрыв электрона и превращение атомов в положи­ тельно заряженный ион. Ионизация продуктов горения химических

топлив ничтожна и ее влияние целесообразно учитывать лишь при расчете некоторых свойств продуктов горения.

Влияние соотношения окислителя с горючим на термодинамические характеристики продуктов их горения исследуют на примере двойных сме­ сей элементарных веществ: С+О2, Н2+О2, Al+Ог, Mg+Ог, при а =0,3; 0,6;

1,0; 1,3; 1,5. Величина коэффициента а задается следующим образом. На­

пример, кислородо-водородная смесь взята в стехиометрическом отноше­ нии: 2Нг + Ог = 2Н20 , т.е. в реакции принимают участие 2 моль водорода и

(1-валентный водород, 2 атома в молекуле, 2 моль). Таким образом, а = 1 Обратная задача: задан коэффициент а = 0,3. Определяем количество мо­

лей кислорода, приходящихся на 1 моль водорода при заданном а:

Пример подготовки исходных данных для случая С+О2 при а =1: <lNSI<PRSI<PRR<PRDOM<NOION>

/*=300, и=о,

1С|=1, [01=1.

Здесь содержание компонентов задано в мольных долях согласно ре­ акции С+02 =С02: на 1 моль углерода приходится 1 моль кислорода.

При а =0,6 последняя строка будет выглядеть так: [С]=1,[О]=0,6. Для проведения расчетов необходимо выполнить следующие дейст­

вия:

•Вызвать программу расчета термодинамических характеристик. •Ввести директивы к расчету.

•Подготовить и ввести исходные данные: давление и термодинамиские параметры, определяющие условия равновесия.

•Ввести содержание химических элементов в исследуемой системе. Самый простой способ описания химического состава в данной задаче - прямое задание мольного содержания каждого элемента. Названия элемен­ тов изображаются общепринятыми символами Периодической системы элементов Менделеева.

П р и м е р . Исследуется двойная смесь: углерод - кислород при

а = 1.

Исходные данные: <INSI<PRSI<PRR<PRDOM<NOION>

/*=300, и=о,

[С| = 1, [О] = 1- Результаты расчета:

Характеристики равновесия СИ:

Р = 3 0 0 0 0 + 0 3 Т=44221+04 V=43705-02 S=79150+01 1=13112+04

U = 0 0 0 0 - 0 0 М=35660+02 Ср=13517+01 k=12810+01 Ср"=13661+01

По результатам расчетов построить графические зависимости темпе­ ратуры, состава, среднего молекулярного веса продуктов горения, силы пороха применительно к условиям артиллерийского выстрела и удельного импульса ТРТ применительно к условиям работы ракетного двигателя от величины а. Сила и удельный импульс композиции рассчитываются по формулам, приведенным в разделе 3.3.1.

5. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЕНИЯ

ТРОЙНЫХ СМЕСЕЙ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ВЕЩЕСТВ

Расчетно-теоретическое исследование горения тройных смесей эле­

ментарных веществ проводят после выполнения исследования горения

двойных смесей. Тройная смесь представляет собой двухкомпонентное го­ рючее, третьим компонентом является окислитель - кислород. Исследова­ ния проводят при различном соотношении содержания различных компо­ нентов горючего и при постоянном коэффициенте избытка окисляющих

В ходе выполнения данной работы рассматривают следующие пары компонентов горючего: Н - С, Н - А1, С - Al, Н - Mg, С - Mg, А1 - Mg.

Мольное содержание окислителя при заданном значении а рассчи­ тывают по формуле а = (Е(”)w,v,)/(Е( + ) ).

П р и м е р . Для соотношения Н/С=3/1 имеем 3 моль одновалентного водорода по два атома в молекуле 1-3-2 и 1 моль четырехвалентного углерода, т.е. (2(+)v*'I.v,.) = l-3-2 + 4 1 1 = 10.