Урок 09. Тепловой расчёт камеры. Способ второй – лирический (ч.5)



Дмитрий ЗавистовскийЗдравствуйте, уважаемые друзья!

Сегодня, как видите, уже 5-я часть нашего повествования о тепловом расчёте камеры ЖРД, а мы ещё не закончили определение параметров в камере сгорания. И это при том, что впереди ещё срез сопла и желательно критика. Как видите, объём вычислений достаточно велик, и выполнять его вручную – несколько трудоёмкое занятие. Но, как мы с Вами уже договаривались, цель наших уроков – не получить какой-то результат, а на конкретном примере изучить содержательную часть термодинамического расчёта и понять логические связи при определении тех или иных величин.

Итак, меньше слов – больше дела. На сегодня я запланировал определение энтропии и состава продуктов сгорания при найденной на прошлом уроке температуре.

Вы скажете, уже ж определяли состав, к тому же полученная температура (3405 К) не сильно отличается от одной из трёх (3400 К), для которой состав нам известен. Ну, во-первых, то, что не сильно отличается, это нам просто повезло, а во-вторых, нужно всё-таки полностью решить задачу. Поэтому, соберём волю в кулак 🙂 и, применяя графический метод, определим точный состав газовой смеси. Он нам ещё понадобится в будущем для вычисления теплоёмкости и вязкости продуктов сгорания при расчёте проточного охлаждения.

А зачем нужна энтропия? Более подробно расскажу на следующем уроке, когда будем рассматривать срез сопла. Сейчас скажу только, что при переходе к срезу сопла нам понадобится «энергетическая связка» между параметрами в камере сгорания и на срезе.

Итак, давайте с неё (т.е. с энтропии) и начнём. Принцип графического определения тот же самый, что и для энтальпии, а вот формула немного мудрёнее.

Здесь S0i – энтропия i-го газа при определённой температуре, приведённая к единице количества вещества, р0 – давление газа при нормальных условиях, т.е. р0 = 101325 Па. Величина S0 – справочная. Если не хотите терять время в поисках необходимой книги, на сайте в Справочных материалах есть соответствующий раздел.

Покажем порядок вычисления энтропии при температуре 3300 К на примере газа CO2
Из таблицы выписываем S0 CO2 = 340,6 кДж/(кмоль·K). Универсальная газовая постоянная Rμ = 8,314 кДж/(кмоль·K). Парциальное давление pCO2 = 548,6 кПа. (Не запутайтесь, в одну формулу подставляйте величины давлений в одинаковых единицах). Нормальное давление окружающей среды p0 = 101,3 кПа.

Вычисляем энтропию для наших трёх температур. Выписываем значения энтропии, заносим величины в таблицы. Результат можно увидеть ниже.
 

Т1 = 3300 К

CO2 H2O CO H2 N2 OH NO O2 H O N
S0i ,
кДж
кмоль·K
340,6 291,0 277,6 206,5 270,5 260,5 291,9 288,5 164,7 211,7 203,3
Mi ,
кг
кмоль
44 18 28 2 28 17 30 32 1 16 14
pi ,
кПа
548,6 2156 813,5 408,7 1743 151,7 44,0 39,1 74,0 19,2 2,2 ∑pi = 6000 кПа
Si·pi 179148 572506 211738 79657 430321 39009 13120 11590 12381 4308 517 ∑Si·pi =
=1554294
Mi·pi 24138 38803 22778 817 48812 2579 1317 1251 74 306 31 ∑Mi·pi =
=140906

 
Вычисляем энтропию при Т1 = 3300 К

Т2 = 3400 К

CO2 H2O CO H2 N2 OH NO O2 H O N
S0i ,
кДж
кмоль·K
342,5 292,6 278,7 207,6 271,6 261,6 293,0 289,7 165,3 212,4 204,0
Mi ,
кг
кмоль
44 18 28 2 28 17 30 32 1 16 14
pi ,
кПа
504,7 2067 841,8 434,1 1716 193,6 57,1 55,3 97,5 29,9 3,2 ∑pi = 6000 кПа
Si·pi 166121 552926 219790 84867 425671 49603 17002 16299 16148 6654 745 ∑Si·pi =
=1555827
Mi·pi 22207 37202 23570 868 48045 3291 1713 1770 98 478 45 ∑Mi·pi =
=139288

 
Энтропия при Т2 = 3400 К

Т3 = 3500 К

CO2 H2O CO H2 N2 OH NO O2 H O N
S0i ,
кДж
кмоль·K
344,3 294,2 279,8 208,7 272,7 262,7 294,1 290,8 165,9 213,0 204,6
Mi ,
кг
кмоль
44 18 28 2 28 17 30 32 1 16 14
pi ,
кПа
457,2 1962 870,8 464,4 1684 239,6 71,4 73,5 127,2 44,7 4,7 ∑pi = 6000 кПа
Si·pi 151685 528982 228075 91041 419897 61228 21206 21570 20862 9825 1082 ∑Si·pi =
=1555453
Mi·pi 20117 35323 24382 929 47155 4073 2142 2352 127 715 66 ∑Mi·pi =
=137381

 
Энтропия при Т3 = 3500 К

Строим график и производим уже знакомые манипуляции.

Определение энтропии продуктов сгорания

Таким образом, SПС ≈ 11,18 кДж/(кг·К).

Теперь перейдём к парциальным давлениям. Для каждого давления придётся построить график, из которого найти соответствующее значение. Особо расписывать уже ничего не буду, ниже просто приведу соответствующие рисунки.

Определение парциального давления CO2Определение парциального давления H2O
Определение парциального давления COОпределение парциального давления H2
Определение парциального давления N2Определение парциального давления OH
Определение парциального давления NOОпределение парциального давления O2
Определение парциального давления HОпределение парциального давления O
Определение парциального давления N
 

Составим таблицу парциальных давлений для Т = 3405 К.

pCO2 pH2O pCO pH2 pN2 pOH pNO pO2 pH pO pN
pi ,
кПа
502 2060 844 437 1714 197 58 57 100 31 3,3

 

Пожалуй, всё на сегодня. На следующем уроке займёмся срезом сопла.

Всем удачи! Если Вам понравилось, не забывайте рассказывать о нас своим знакомым 🙂


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru