Расчет состава продуктов горения композиции, калорийности и температуры

Как указывалось выше, при расчете энергетических характеристик композиции достаточно точные результаты получаются и в том случае, когда продуктами термической диссоциации пренебрегают и считают, что весь азот в продуктах горения присутствует в виде молекулярного азота.

Таким образом, уравнение взрывчатого превращения (горения) будет иметь вид:

C NC H NH O NO N NN → СО2 + СО + Н2О + Н2 + 0,5× NN N2,	(4.8)

где – соответственно количество грамм-молей СО₂, СО, Н₂О и Н₂, образующихся при взрывчатом превращении 1 кг композиции.

Для определения количества молей углекислого газа, окиси углерода, воды и водорода можно составить следующие уравнения материального баланса:

по углероду		(4.9 а)
по водороду		(4.9 б)
по кислороду		(4.9 в)

К этим трем уравнениям материального баланса можно добавить четвертое уравнение (4.2) для константы равновесия реакции водяного газа:

В качестве пятого уравнения следует записать закон сохранения энергии:

(4.11)

где Δt – разность между температурами взрыва и ВВ; n_i и - соответственно число молей и средняя молярная теплоемкость i -го вещества, входящего в состав продуктов горения (при V = const в интервале температур от 0 ^°С до T_Г).

Таким образом, имеется пять неизвестных: , T_Г и пять уравнений. Решение указанной системы уравнений аналитическим способом почти невозможно. Поэтому используется метод последовательных приближений. А именно:

– в первом приближении задаются ориентированным значением температуры продуктов горения – Т_Г и по известным данным (приложение 2) берут соответствующее этой Т_Г значение константы реакции водяного газа – К_{В.Г .};

– решают систему первых четырех уравнений по формулам, которые легко выводятся из уравнений (4.2) и (4.9 а-в):

,

(4.12)

где

a = k - 1, где k = K_{В.Г .};

b = k (N_O – N_C + 0,5× N_H) + 2 N_C – N_O ^;

c = k · 0,5· N_H · (N_O – N_C);

;

;

;

– правильность ориентировочно выбранной температуры проверяют, используя (4.8) для 1 кг композиции:

(4.13)

Q_W(n) – теплоту превращения при постоянном объеме и воде-паре рассчитывают по значению Q_Р, т.е. по теплоте взрывчатого превращения при постоянном давлении

где n – число молей газообразных продуктов горения; R – газовая постоянная (8,314 Дж/(град · моль); T – стандартная температура (293 К). Q_Р находится по закону Гесса:

,	(4.15)

где – теплота образования (см. выше); – теплота образования продуктов горения.

,	(4.16)

где числовые коэффициенты представляют собой стандартные теплоты образования CO₂, H₂O-пара и CO в кДж/моль.

Таким образом, удельная теплота взрывчатого превращения находится как

,	(4.17)

где ∑ n_i представляет собой сумму молей всех газообразных продуктов горения 1 кг композиции.

Суммарную среднюю теплоемкость продуктов горения в интервале температур от 293 К до Т_Г находят, пользуясь табличными данными (приложение 4). Если окажется, что найденное по выражению

(4.18)

значение Т_Г отличается от температуры, ориентировочно назначенной при расчете состава продуктов горения, более чем на 50 К, то расчет следует повторить, приняв новое значение Т_Г, близкое (или равное) значению, найденному при проверочном расчете.

ПРИМЕР №2. Расчет состава продуктов горения, теплоты взрывчатого превращения и температуры горения пороха

Порох имеет условную формулу 1 кг С_23,838Н_32,427О_34,446N_9,242

1. Задаемся ориентировочной температурой горения – 3000 К. Для оценки ориентировочной температуры можно использовать упрощенный метод расчета энергетических характеристик, изложенный ниже.

2. Находим из таблицы (приложение 5) значение константы водяного газа при Т=3000: К = 7,489.

3. Определяем состав продуктов горения композиции:

= 7,489·(34,446 – 23,888 + 32,427/2) + 2·23,888 – 34,446 = 213,822;

= 7,489·(32,428/2)·(34,446 – 23,888)=1281,983;

;

;

.

Для проверки правильности вычислений подставим их значения в уравнение для константы равновесия реакции водяного газа. Разница между вычисленным значением не должна превышать 1%:

Таким образом, уравнение взрывчатого превращения можно записать в следующем виде:

С_23,888Н_32,427О_34,446N_9,242 →7,880H₂O + 2,678СО₂ + 21,210СО + 8,333Н₂ +4,621N₂

4. Вычисляем теплоту взрывчатого превращения. Для этого рассчитаем теплоту образования продуктов горения:

Q_P1 = 393,76· + 242,0· + 110,61· = 393,76·2,678 + 242,0·7,880 + 110,61·21,210 = 5307,49 кДж/кг.

Теплоту образования рассчитываем аддитивно по теплотам образования компонентов с учетом их процентного содержания:

Q_P2=∑a_i ·Q_обр.i = 0,59·2861 + 0,3·1547 + 0,08·3117 + 0,03·394,6 = 2413,29 кДж/кг.

Теплоту взрывчатого превращения найдем как:

= 5307,49 – 2413,29 + 2,436·(7,880 + 8,333 + 2,678 + + 1,210 + 4,621) = 3003,14 кДж/кг

5. Определяем сумму средних теплоемкостей продуктов горения, используя данные таблицы (приложение 4).

6. Рассчитаем температуру горения:

.

Так как найденная температура продуктов горения отличается от ориентировочно назначенной более чем на 50 градусов, то расчет следует повторить, задаваясь температурой, близкой к полученной в первом приближении, в нашем случае 2600 К.

Задаваясь Т_Г = 2600 К и повторив снова все операции, получим следующее уравнение взрывчатого превращения:

С_23,888Н_32,427О_34,446N_9,242 →7,642H₂O+2,886СО₂+21,002СО+8,541Н₂+4,621N₂

Температура горения, соответствующая данному уравнению, при проверке равна 2630 К, т.е. во втором приближении ∆Т < 50 К и расчет состава продуктов горения, теплоты взрывчатого превращения и температуры горения считается законченным.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: