1.2. ТЕРМОХИМИЯ ПРОЦЕССА В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ

В предыдущем разделе характеристические параметры двигателя определены в виде функций от параметров рабочего процесса . В действительности обычно известен лишь начальный состав топлива, поэтому температуру и состав продуктов сгорания необходимо рассчитывать по заданному значению Прежде чем приступить к описанию процедуры расчета, целесообразно вспомнить некоторые основные термодинамические понятия.

Стандартная теплота образования определяется как изменение энтальпии при постоянных температуре и давлении в реакции образования вещества из элементов в их стандартных состояниях. За стандартное состояние, как правило, принимают температуру 0 К или 25 °С. Пожалуй, наилучшим источником сведений об этой величине являются таблицы JANAF [161], в которых за стандартное состояние принята температура

Теплота образования элементов в стандартном состоянии приравнивается к нулю.

Теплота реакции, протекающей при постоянном давлении, равна изменению энтальпии в этой реакции:

Для химической реакции, записанной в общем виде как

изменение энтальпии продуктов реакции при температуре по сравнению с энтальпией исходных реагентов при 298,16 К равно

Чтобы рассчитать температуру адиабатического горения в ракетном двигателе, положим или

Это соотношение можно переписать следующим образом:

Взятая с обратным знаком величина гипотетического изменения энтальпии системы в реакции при приводящей к равновесному составу продуктов сгорания при температуре Тк, называется теплотворной способностью и является функцией температуры Тк:

Таким образом,

и если правую часть уравнения (1.25) назвать требуемой теплотой то получится условие

Чтобы рассчитать температуру адиабатического горения, необходимо выполнить расчет методом последовательных приближений со следующими основными этапами:

1. Положить и рассчитать состав продуктов сгорания (т.е. определить стехиометрические коэффициенты

2. Рассчитать используя теплоты образования реагентов и продуктов сгорания.

3. Рассчитать теплоту поглощенную продуктами сгорания при их нагревании от 298,16 К до используя таблицы энтальпий.

4. Сравнить две полученные величины. Если то действительное значение Тк больше значения принятого на этапе 1 расчета. Если то выбрано слишком большое значение Тк. Если то и найдено правильное значение температуры В общем случае понадобится несколько итераций для того, чтобы условия и были выполнены с принятой точностью.

Из всех приведенных этапов 1—4 расчета величины Тк лишь этап 1 довольно сложен. Имеется множество вычислительных программ для расчета равновесных концентраций при фиксированных значениях температуры и давления. Одной из наиболее известных таких программ является программа Гордона и Макбрайда [59], которая позволяет также рассчитывать характеристические параметры потока на срезе сопла.