Общие рекомендации по выполнению курсовой работы №34 «Термодинамический расчет ракетного двигателя с учетом одной химической реакции»

Автор доцент Меснянкин С. Ю.

Для студентов факультета «Двигатели летательных аппаратов» обучающихся в группах 02-208; 02-209; 02-316; 02-415

1. Общие положения

Теоретические основы данной курсовой работы подробно изложены в методических указаниях к курсовым работам №39 и №42 (автор профессор Дзюбенко Б. В.), причем в методических указаниях к работе №42 это сделано более подробно (смотрите предисловие и раздел 1. Исходные данные для расчета).

Все формулы в упомянутой работе правильные (за исключением формулы 71), но не всегда позволяют обучаемому разобраться в особенностях приводимых закономерностей, а чисто механическое использование предлагаемого алгоритма выполнения курсовой работы в опубликованных методических указаниях 1997 и 2001 года затрудняет восприятие изложенной информации.

В данной рукописи автор предлагает свой вариант методических указаний с более подробными комментариями и возможными предостережениями.

Предлагаемый вариант не является официальным, поскольку он не утверждался на заседаниях кафедры 204, но если студенты сочтут изложенную информацию полезной, может быть поставлен вопрос об утверждении изложенных положений и выпуске новой редакции методических указаний.

2. Запись уравнения химической реакции.

Согласно общепринятым в физической химии положениям уравнение произвольной химической реакции записывается в следующих видах:

(2,1)

Или

, (2,2)

где -символы исходных веществ реакции; , -стехиометрические коэффициенты.

Перенеся все слагаемые в уравнении (2,2) в одну сторону получаем

(2.3)

где - символы всех участников реакции, - стехиометрические коэффициенты, связанные с введенными ранее коэффициентами с помощью соотношений

- для исходных веществ,

- для продуктов реакции.

Например, для реакции

,

а для реакции

.

Вещества, не участвующие в реакции, но имеющиеся в системе также могут быть включены в (2,3) если положить для них .

Обычно при сгорании углеводородных горючих сгорание происходит до момента образования наивысших окислов.

Если взять горючее CH (метин), то уравнение химической реакции запишется в виде

или

,

где ; ; ;

З. Задание состава топлива

(см 2.1.2- 2.1.4 рукописи [3] )

4. Расчет термодинамических параметров по известному составу.

Для нахождения интегральных и дифференциальных свойств рабочего тела в сечении 2-2 камеры сгорания воспользуемся известными закономерностями для газовых смесей.

а)Определяется число молей смеси газов

где - число молей -ого реагентов смеси (для сечения 2- 2 подразумевается кислород, азот и горючее).

б) Находятся мольные доли смеси

,

При этом необходимо иметь в виду, что

в) Определяется масса смеси газов

где - масса -ого реагента, - молярная масса в кг/моль, определяется через относительную молярную массу , приводимую в справочниках, с помощью следующего соотношения

.

г) Находятся массовые доли смеси

.

д) Определяется молярная масса всей смеси

е) Из уравнения состояния

где =8,31441 Дж/(моль К)- молярная газовая постоянная, определяется объем смеси газов , а затем и плотность

ж) Определяется удельная газовая постоянная

з) Определяется полная энтальпия смеси

где мольная энтальпия - ого реагента определяемая по формуле

Здесь - энтальпия образования вещества при температуре из чистых химических элементов; ( ) – избыточная энтальпия, соответствующая затратам теплоты на нагрев полученного вещества от начальной температуры до текущей температуры Т в изобарном процессе.

Так как за принимают либо 0 К, либо 298,15 К то формулы переписываются в виде:

или

Индекс «298» здесь подразумевается 298,15 К. В справочнике для различных веществ приводятся энтальпии образования и избыточные энтальпии для различных температур.

Энтальпии образования и избыточные энтальпии выражены в кДж/моль, а поскольку все остальные термодинамические величины выражены в Дж/моль, то целесообразно при выписывании из справочника значения энтальпии сразу переводить в Дж/моль (увеличив в 1000 раз).

и) Находится энтропия смеси газов

где - мольная энтропия -ого реагента определяемая по формуле

Здесь - мольная энтропия индивидуального вещества при стандартном давлении =101325Па определяемая из справочника при соответствующей температуре; – безразмерное относительное давление -ого газа, численно равное давлению в физических атмосферах.

, где - мольная доля -ого вещества в газовой смеси, - полное безразмерное давление газа (для камеры сгорания эта величина задана в исходных данных).

к) Определяется теплоемкость смеси

где - мольная теплоемкость -ого вещества при соответствующей температуре, приведенная в справочнике в Дж/(моль К), а в дальнейшем и удельные теплоемкости

л) Определяется показатель адиабатного процесса

м) Определяется местная скорость звука