Цель работы

Изучить реакции горения. Провести стехиометрический и термохимический расчет реакции горения реактивных и ракетных топлив для определения свойств, энергоемкости топлива. Исследовать продукты горения топлив.

Теоретическая часть.

Горение – окислительно-восстановительная реакция, сопровождаемая излучением, переносом тепла и вещества.

Горение – это сложный, быстро протекающий экзотермический процесс, в котором вследствие преобладания скорости выделения тепла над скоростью теплоотвода возникает характерные процессы переноса массы и энергии, обеспечивающие самоподдержание процесса.

Горение – один из важнейших технических процессов, овладения которым сыграло огромную роль в становлении человечества. Сжигание топлива – главный способ получения энергии современных силовых установок. Горение – один из способов прямого воздействия средств поражения.

Физико-химические механизмы горения крайне сложны и разнообразны. Их нельзя представить в форме конкретных химических уравнений, они представляются суммарно на основе закономерностей химической кинетики, диффузии и самообмена.

Топлива называют вещества, расходуемые с целью получения тепловой энергии.

В двигателе внутреннего сгорания процессы сжигания топлива, выделение тепла и преобразование части тепла в механическую работу происходит внутри рабочего цилиндра двигателя. В авиационных двигателях выделяемая энергия за счет горения топлив сообщается газовому рабочему телу и с его помощью преобразуется в механическую работу отброса газовой струи, а образующиеся в результате горения продукты являются рабочим телом.

Все современные двигатели работают на химическом топливе. Таким образом, реакция горения топлива используется для получения тепловой энергии, кроме того, топливо служит поставщиком рабочего тела в реактивных двигателях или самим рабочим телом вместе с окислителем в ракетных двигателях.

Критерием оценки химического топлива является плотность, удельный объем газообразных продуктов, выделяемых в процессе горения, теплота сгорания, теплопроизводительность, от которой зависит удельный расход, и другие энергохимические показатели.

Эффективность и надежность работы двигателей внутреннего сгорания, авиационных, реактивных и ракетных двигателей зависит от энергетических и физико-химических свойств топлив. Поэтому необходимо научиться определять свойства топлив, продуктов сгорания, энергоемкость, КПД топлив путем стехиометрических и термохимических расчетов. Выполняя экспериментальные работы по горению, определению состава продуктов горения топлив, можно судить о работоспособности и эксплуатационной надежности топливных систем, надежности деталей газового тракта.

Ракетное топливо - вещество или совокупность веществ, используемых в ракетных двигателях в качестве источника энергии и рабочего тела для создания движущей силы. Применяются преимущественно жидкое и твердое ракетное топливо. Горючим в жидком ракетном топливе служит обычно жидкий водород, керосин или диметилгидразин, окислителем — жидкий кислород или тетраоксид диазота. В состав твердого ракетного топлива входят главным образом пороха на основе нитроцеллюлозы (горючее) и перхлорат аммония (окислитель).

Известны ракетное топливо химические и нехимические: у первых необходимая для работы энергия выделяется в результате химической реакции, а образующиеся продукты являются рабочим телом, т.е. обеспечивают при расширении в сопле ракетного двигателя преобразование тепловой энергии химических превращений в кинетическую энергию потока, истекающего из сопла ракетного двигателя. У вторых энергия внутриядерных превращений или электрическая энергия передается специальному веществу, являющимся только рабочим телом или его источником. Удельный импульс нехимических топлив зависит от термодинамических свойств и допустимой рабочей температуры рабочего тела, затрат энергии на создание тяги.

Ракетное топливо, реактивный двигатель, не использующий для работы окружающую среду (воздух, воду). Распространены химические ракетные двигатели (разрабатывают и испытывают электрические, ядерные и другие ракетные двигатели). Простейший ракетный двигатель работает на сжатом газе. По назначению различают разгонные, тормозные, управляющие и др. Применяют на ракетах (отсюда название), самолетах и др.

Большинство существующих ракетных двигателей работает на химических ракетных топливах. Основная энергетическая характеристика (удельный импульс) определяется количеством выделившейся при реакции окисления, разложения или рекомбинации теплоты и химическим составом продуктов реакции, от которого зависит полнота преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию потока (чем ниже молярная масса, тем выше удельный импульс).

Все химические реактивные топлива делятся на жидкие, твердые и гибридные. Из жидких ракетных топлив обычно широко применяется двухкомпонентные, состоящие из окислителя и горючего, а также всевозможных присадок. ^;

Твердые ракетные топлива представляют собой гомогенную смесь компонентов или монолитную гетерогенную композицию. В гибридном ракетном топливе компоненты находятся в различных агрегатных состояниях.

Важнейшее значение для ракетоносителя имеет реактивная тяга (реактивная сила), сила реакции (отдачи) струи рабочего тела (напр., газа), вытекающей из сопла реактивного двигателя и приводящей в движение устройство с двигателем в сторону, противоположную направлению истечения рабочего тела. Реактивная тяга двигателей ракет для запуска космических летательных аппаратов достигает 10 Мн, скорость истечения реактивной струи 3000- 4500 м/сек, температура в камере сгорания 3250 — 4775 К.