Горение смесевого твердого топлива
Дипломная работа - Авиация, Астрономия, Космонавтика
Другие дипломы по предмету Авиация, Астрономия, Космонавтика
?2, СН, СN. С ростом температуры по высоте пламени увеличивается интенсивность излучения С2, СН, СN.
2. Анализ и выбор метода исследования
Одной из основных задач изучения горения твердого ракетного топлива является определение поля температур продуктов сгорания и скорости горения при различных внешних условиях.
2.1 Методы создания условий эксперимента
Существует ряд методов, в которых измерение температурного поля и скорости горения производится на образцах топлива в специальных установках. В них горение образца происходит при повышенном давлении, характерном для двигателя.
Опытное определение поля температур продуктов сгорания может проводиться в установке постоянного давления (УПД) или в установке постоянного объема (УПО). Установка постоянного давления имеет два кварцевых окна - для визуализации объекта и для подсветки пламени, необходимой по условиям эксперимента.
В установке постоянного давления горение образца происходит при повышенном давлении, характерном для двигателя. Давление в УПД обеспечивается за счет подачи газа во внутренний объем установки из баллонов высокого давления. Во избежание влияния на процесс горения используются инертные газы (азот или гелий). В процессе эксперимента подача газа происходит непрерывно. Одновременно непрерывно производится удаление подаваемого газа и продуктов сгорания через специальное сопло-штуцер, что позволяет поддерживать постоянное давление в установке. Если объем установки велик, то в этом случае не требуется сопло-штуцер. Правда, надо иметь в виду, что произойдет задымление внутреннего объема продуктами сгорания топлива и будет невозможно использование оптических методов экспериментального исследования. Таким образом, в УПД горение топлива происходит в среде инертного газа при постоянном давлении.
В установках постоянного объема (УПО) топливо горит в среде собственных продуктов сгорания, как в двигателе. Давление в установке не остается постоянным, а непрерывно повышается по мере сгорания образца. Внутренний объем установки является замкнутым. Он должен быть малым по величине, чтобы обеспечить реализацию высокого давления. Следовательно, в УПО горение топлива происходит при переменном давлении в среде собственных продуктов сгорания.
В УПД и УПО используются небольшие образцы цилиндрической или прямоугольной формы. Их максимальные размеры: длина не более 40 мм, поперечный размер не более 20 мм. Образцы горят по одной торцевой поверхности, а по боковой поверхности покрыты бронирующим составом, предохраняющим эти поверхности от горения. Образцы закрепляются в специальной державке, расположенной в нижней части установки. Воспламенительное устройство, в большинстве случаев, представляет собой пластинку топлива малой толщины, на которую намотана тонкая проволочная спираль из нихрома. При подаче электросигнала на воспламенение спираль раскаляется и поджигает топливную пластинку. Она приклеена к горящему торцу образца и обеспечивает одновременность воспламенения всей его поверхности.
.2 Методы экспериментального исследования
2.2.1 Анализ и выбор метода измерения температурного поля
Используемые для измерения температуры пламени методы в основном уже известны из других областей применения. В общем случае эти методы дают результаты, которые, исходят из закономерностей теплообмена и физических свойств пламени, могут быть пересчитаны на искомую его температуру. Требуемые теорией измерений условия часто, однако, могут быть соблюдены лишь приблизительно, так что измеренная или рассчитанная температура может отличаться от действительной на 50 - 100 К. При выборе способа измерения руководствуются уровнем температуры, желаемой точностью и типом пламени.
Существуют контактные и бесконтактные методы определения температурного поля. Контактные методы, одним из примеров которых являются термопары, не дают измерять высокие температуры, а также имеют большую погрешность. В процессе измерения часть тепла идет на нагрев самой термопары. В результате этого измеренная температура отличается от температуры исследуемой среды.
В данной работе для определения температурного поля будут рассматриваться бесконтактные методы, связанные с собственным излучением объекта. К ним относятся яркостная, цветовая и радиационная пирометрии.
2.2.1.1 Радиационная пирометрия
Энергетический пирометр полного излучения показывает радиационную температуру, которая лишь для черных тел (? = 1) совпадает с действительной температурой. Температура пламени определяется из закона Стефана - Больцмана. При этом излучательная способность ? должна быть известна. В зависимости от горящего вещества, типа горения и других параметров значение излучательной способности ? изменяется от 0,2 до 0,95.
Быстродействие пирометра полного излучения незначительно. Вследствие требований к постоянству спектральной чувствительности в широком волновом диапазоне в качестве приемников излучения могут применяться термопары, болометры и др., инерционность которых в большинстве случаев составляет несколько секунд. Таким образом, пирометры полного излучения дают результаты, которые усреднены по пространству, времени и длинам волн.
Примером метода, с помощью которых может быть измерена излучательная способности, а, следовательно, и действительная температура пламени, является метод Шмидта.
Метод Шмидта, разработан первоначально пр