Горение смесевого твердого топлива
Дипломная работа - Авиация, Астрономия, Космонавтика
Другие дипломы по предмету Авиация, Астрономия, Космонавтика
сти горения:
т = h/?t
Опытное определение поля температур продуктов сгорания твердого ракетного топлива проводилось в установке постоянного давления (УПД) традиционного исполнения.
Необходимый уровень давления создавался выбором соотношения давления азота на входе в УПД и диаметром дроссельной шайбы. Установка имеет два кварцевых окна - для визуализации объекта и для подсветки пламени, необходимой по условиям эксперимента.
1. Структура зоны горения смесевого твердого топлива
Смесевые топлива являются смесями окислителя и горюче-связующих веществ, в отличие от баллиститных порохов. В качестве окислителей используют соли минеральных кислот, которые при термическом разложении выделяют свободный кислород. Такими окислителями являются перхлораты аммония и калия, нитрат аммония и калия и др.
В качестве горюче-связующих веществ в смесевых топливах применяются высокомолекулярные соединения-полимеры. С энергетических позиций горюче-связующие вещества должны содержать максимальное количество водорода, иметь небольшую теплоту образования и высокую плотностью.
Смесевое топливо содержит окислителя 60-80%, горючесвязующих веществ 25-15% от массы, металлические добавки, катализаторы, ингибиторы и другие вещества.
Как процесс горения баллиститных порохов, так и горение смесевых топлив является многостадийным. Авторы работ считают, что горение смесевых топлив определяется в основном реакциями, протекающими в газовой фазе с преобладанием кинетического и диффузионного режимов горения. Часть исследователей, на основании анализа полученных экспериментальных данных считает, что определяющими в процессе горения смесевых топлив являются реакции в конденсированной фазе. [В.М. Мальцев, Физика горения и взрыва, стр59]
Смесевые топлива имеют неоднородную неупорядоченную структуру и состоят из кристаллов окислителя, промежутки между которым заполнены горючим, а также металлических добавок алюминия. Важнейшим аспектом горения является состояние и структура горящей поверхности.
Поверхность горения имеет ячеистую структуру с впадинами и выступами, что обусловлено гетерогенностью системы и неодновременным разложением компонентов топлива. При этом в зависимости от условий, может наблюдаться образование выступов из окислителя или горюче-связующего вещества. В зависимости от вида топлива горящая поверхность может быть сухой или компоненты топлива находятся в расплавленном состоянии.
Повышение давления приводит к частичному выравниванию поверхности горения. Наблюдаемые на поверхности горения очаги пламени, число которых увеличивается с повышением давления, обусловлены свечением частиц в конденсированном состоянии и углеродистых частиц, образующихся при горении топлива. Подтверждением данного предположения является резкое отличие размеров и интенсивности светящихся очагов пламени у поверхности горения с изменением стехиометрического коэффициента ?ст.
При избытке горючего на поверхности горения и вблизи неё наблюдаются ярко светящиеся образования продуктов пиролиза. В случае избытка окислителя резко падает интенсивность и размер углеродистых образований. Уменьшение исходного размера частиц окислителя приводит к более полному смешению продуктов разложения окислителя и горючего, как в реакционном слое конденсированной фазы, так и зоне пламени в непосредственной близости к поверхности горения, что проявляется в значительном уменьшении размеров струй газов, оттекающих от поверхности горения топлива.
На основании проведённых экспериментов было установлено, что максимальная температура пламени зависит от диаметров образов топлива d; существует размер dпред, начиная с которого температура пламени остаётся постоянной (dпред ? 7-8 мм).
Существует зависимость изменения расстояния от поверхности до зоны максимальной температуры пламени. Так если размеры частиц окислителя уменьшить в четыре раза, то расстояние между максимальной температурой пламени и поверхностью горения (hmax) уменьшится в два раза.
Для всех смесевых топлив расстояние (hmax) на порядок меньше, чем у баллиститных порохов (hmax ? 0.2 - 0.5 мм).
При проведении экспериментального исследования с увеличение давления температура пламени растет; значительный рост температуры пламени наблюдается при низких давлениях; а в интервале 2 - 3 МПа достигается максимальная температура пламени. При низких давлениях не происходит полного реагирования продуктов сгорания и соответственно низкие температуры горения.
Для всех смесевых систем в общем балансе тепла, поступающего на нагревание топлива, удельный вес тепла, выделяющегося в реакционном слое конденсированной фазы, увеличивается с ростом давления.
Одной из особенностей процесса горения смесевых топлив при повышенных давлениях является существование видимого пламени. Поэтому исследование эмиссионного спектра пламени позволяет получить определённую информацию о механизме горения.
Спектр излучения смесевого топлива имеет сложную структуру, в нём присутствуют спектральные линии продуктов сгорания, на которые наложен сплошной спектр излучения конденсированных продуктов сгорания.
По высоте пламени смесевого топлива наблюдается определённая последовательность высвечивания спектральных линий продуктов сгорания. Непосредственно вблизи поверхности горения наблюдается излучение радикала ОН, превосходящее излучение ?/p>