Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Тульский государственный университет

Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева

Машиностроительный факультет

Кафедра ракетостроения

Методические указания по выполнению практических работ

по дисциплине

«Топливо и теория горения»

Направление подготовки: 160100 “Авиа- и ракетостроение”

Специальность: 160302 «Ракетные двигатели»

Форма обучения очная

Тула 2009 г.

Практические работы по курсу "Топливо и теория горения" имеют своей целью дать студентам практические навыки проведения типовых расчетных работ по данному предмету.

Курс практических работ включает в себя теоретическое определение основных термодинамических, теплофизических и энергетических характеристик продуктов сгорания твердых топлив, а также параметров процесса горения твердых топлив.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Составление условной формулы бртт и расчет калорийности бртт по методу де-Поу

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - освоение методики составления условных формул БРТТ и метода теоретического определения калорийности БРТТ.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Типовой состав БРТТ:

Нитроклетчатка N=12,1%…………………………...56,1%

Нитроглицерин C₃H₅(ONO₂)₃……………………….28,3%

Централит CON₂(C₂H₅)₂(C₆H₅)₂……………………....2,0%

Динитротолуол C₆H₃CH₃(NO₂)₂…………………..…12,1%

Вазелин C₂₀H₄₂……………………………………….….1%

Вода H₂O…………………………………………….…0,5%

Всего……………..100%

Процентное содержание компонентов в вариантах индивидуального задания выдаётся преподавателем.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Составление условной формулы нитроклетчатки.

Химическая формула нитроклетчатки определяется исходя из зависимостей:

C = 21,85 - 1,180(N%-12,75);

H = 27,32 - 2,690(N%-12,75);

O = 36,40 + 0,444(N%-12,75);

N = 9,10 + 0,722(N%-12,75),

где N% – процентное содержание азота в нитроклетчатке.

Для N=12,1% условная формула нитроклетчатки имеет вид:

C_22,6H_29,07O_36,1N_8,6

2.Определение чисел грамм-атомов элементов в компонентах топлива.

Рассчитывается молекулярный вес компонентов , определяется содержание атомов элементов n в молекуле компонента, относительное содержание компонентов в топливе – N, число грамм-атомов элемента в компоненте топлива, отнесённое к 1кг топлива, по формуле (например, для углерода) :

.

Для приведённого типового состава БРТТ:

-молекулярный вес нитроглицерина………………227;

-содержание атомов углерода………………………...3;

-относительное содержание нитроглицерина в

топливе на 1кг топлива, г………………………….283;

-число грамм-атомов углерода в нитроглицерине:

=3,74.

Вычисляются числа грамм-атомов элементов, содержащиеся во всех компонентах топлива, суммируются эти величины, тем самым определяются числа грамм-атомов соответствующих элементов в условной формуле топлива:

a=a_i

Аналогичным образом вычисляются значения b, c, и d.

Результаты расчета сводятся в таблицу 1.

Таблица 1- Результаты расчета

Компоненты	Углерод а	Водород b	Кислород c	Азот d
Нитроклетчатка
Нитроглицерин
Централит
Динитротолуол
Вазелин
Вода
Всего

Записывается условная форма топлива. Для условий примера:

C_23,0H_30,03O_34,42N_10,01

3. Расчет калорийности БРТТ по методу Де-Поу.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Калорийность топлива Q определяется как количество тепла, выделившееся при охлаждении продуктов сгорания топлива, от температуры горения до температуры абсолютного нуля.

При сжигании топлива в калориметрической установке постоянного

объема

где T – температура горения при постоянном объеме;

c_v– теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме.

При проведении охлаждения продуктов сгорания таким образом, чтобы пары воды, находящиеся в продуктах сгорания, конденсировались, калорийность Q_ж выше, чем при охлаждении без конденсации паров воды.

Экспериментально калорийность топлива определяется путем сжигания

в калориметрической установке с последующим охлаждением продуктов сгорания с конденсацией паров до 18 С, т.е.

где Q_конд – теплота конденсации воды 1 кг продуктов сгорания топлива,

отсюда

Для БРТТ разница между Q и Q_ж не превышает 0,5% величины Q, поэтому калорийность БРТТ характеризуется величиной Q_ж.

Принцип расчета калорийности по методу Де-Поу состоит в том, что калорийность топлива определяется как сумма тепловых эффектов, создаваемых участием в горении топлива отдельных его компонентов, т.е.

где Q_ж – калорийность топлива при охлаждении продуктов сгорания от тем

пературы 18 С (291 К);

n_i – процентное содержание соответствующего компонента топлива;

_i – изменение калорийности топлива, вызываемое введением в его с состав1% данного вещества.

Приближенность метода заключается в том, что с изменением состава топлива при введении в него того или иного компонента изменяется состав газов, а следовательно, и тепловой эффект горения топлива. Однако, применительно к БРТТ данный метод приводит к малым погрешностям, что объясняет его широкое применение.

В таблице 2 приведены значения констант  по Де-Поу.

Таблица 2 – Значения констант  по Де-Поу

Наименование вещества	Химическая Формула	кДж	Примечание
Нитроклетчатка	—	5,45N – 28,1	N – содержание азота в %
Нитроглицерин	C3H5(ONO2)3	+71,2
Динитротолуол	C6H3 CH3(NO2)2	0
Централит	CON2(C6H5)2(C2H5)2	–94,3
Вазелин	C20H42	–136

Для приведенного состава БРТТ для нитроклетчатки при N=12,1% коэффициент

=5,45·12,1– 28,1=37,8.