Определение коэффициента теплопроводности продуктов сгорания топлива
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - освоение методики теоретического определения коэффициента теплопроводности продуктов сгорания твердого топлива.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Состав продуктов сгорания, моль/кг
- CO2…………………..5,12;
- H2O…………………..8,92;
- CO…………………. 17,02;
- H2…………………….5,09;
- N2…………………….4,46.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Теплопроводность газовых смесей, к которым относятся продукты сгорания топлив, не обладает в общем случае свойством аддитивности: она может быть больше или меньше теплопроводности любого чистого компонента.
Для определения коэффициента теплопроводности многокомпонентной газовой смеси целесообразно использовать зависимость
где 1, 2,…, n – коэффициенты теплопроводности отдельных компонентов.
(1)
,
где С1, С2 – константы Сатерленда для водорода и "второго" газа;
С12 – константа Сатерленда для смеси газов;
1, 2Т – коэффициенты динамической вязкости водорода и "второго" газа;
М1, М2 – молярные массы водорода и "второго" газа;
Х1, Х2 – молярные доли водорода и "второго" газа.
Константа Сатерленда для газовой смеси из двух компонентов может быть выражена как
. (2)
Для учета изменения вязкости газа и его теплопроводности широко используется формула Сатерленда
, (3)
где индексы T,N относятся к значениям параметров при температурах T=2400 К и TN=273 К.
Значения , и постоянной Сатерленда С для различных газов при TN=273 К приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристики газов
-
Газ
М
λN10-3,
Вт/мК
N10-5,
кг/мсек
С,
град
CO2
44,011
14,41
1,384
274
H2O
18,016
16,11
0,818
650
CO
28,011
28,97
1,656
156
H2
2,016
174,0
0,850
94
N2
28,016
24,80
1,667
114
Поскольку теплопроводности большинства компонентов продуктов сгорания топлива, за исключением водорода, близки друг к другу, газовую смесь, образующуюся при горении топлива, можно в первом приближении рассматривать как бинарную смесь, состоящую из водорода и "второго" газа, для которого теплопроводность определяется как среднее арифметическое теплопроводностей отдельных компонентов.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Определяется число молей по зависимости
.
2. Определяются мольные доли компонентов водорода и "второго" газа по соотношению
.
3.Определяется средняя молекулярная масса "второго" газа по формуле
.
4.Определяются массовые доли компонентов "второго" газа по выражению
.
5. Определяется коэффициент динамической вязкости 2N "второго" газа при температуре TN=273 K по зависимости
.
6. Определяется коэффициенты динамической вязкости 2Тi компонентов "второго" газа при температуре Т=2400 К по выражению (3) и по данным таблицы 1.
7. Определяется коэффициент динамической вязкости 2Т "второго" газа при температуре T=2400 K по зависимости
.
8. Определяется значение постоянной Сатерленда С2 для "второго" газа по соотношению:
.
9. Определяется значение постоянной Сатерленда С12 для смеси Н2 и "второго" газа по формуле (2).
10.Определяются значения коэффициентов теплопроводности компонентов "второго" газа λ2Тi при температуре Т=2400 К по соотношению (3) и по данным таблицы 1.
11.Определяются среднеарифметические значения коэффициентов теплопроводности 2Т "второго" газа при температуре Т=2400 К.
12.Рассчитывается коэффициент теплопроводности см продуктов сгорания топлива по выражению
,
где А12, А21 находятся по формулам (1).
ЛИТЕРАТУРА
1.Липанов А.М., Алиев А.В. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива. –М.: Машиностроение, 1995. 315с.
2. Абугов Д.И., Бобылев В.М. Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива. –М.: Машиностроение, 1987. 272с.
3. Калинин В.В., Ковалев Ю.Н., Липанов А.М. Нестационарные процессы и методы проектирования узлов РДТТ. –М.: Машиностроение, 1986. 216с.
4. Орлов Б.В., Мазинг Г.Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования РДТТ. –М.: Машиностроение, 1979. 392с.
5.Соркин Р.Е. Теория внутрикамерных процессов в ракетных системах на
твердом топливе. –М.: Наука, 1983. 288с.
Разработала О.А.Евланова
к.т.н., доцент
Рассмотрено на заседании кафедры РС
протокол № ___ от «___» ________ 200_ г.
Зав. кафедрой _____________________