Изучение скорости горения высокоэнергетических смесевых твердых топлив (стр. 3 из 3)
Зависимость скорости горения твердых топлив от давления определяют опытным путем и выражают формулами, которые получили наименование законов скорости горения. Закон скорости горения находится опытным путем для каждого топлива в желаемом диапазоне давлений.[2,с 59-60]
1.1.7 Элементарный состав
Условная химическая формула.
Состав вещества в массовых долях отдельных элементов называется элементарным составом. Общая формула для массовой доли отдельного(k-го) элемента в веществе имеет вид:
bk=
;здесь bk – массовая доля k-го элемента;
ak - число атомов данного элемента в молекуле рассматриваемого соединения;
Ak- атомная масса этого элемента;
Если ограничиться пока элементами H, C, N и О, то в общем случае химическая формула вещества имеет вид
CmHnOpNq.
Тогда элементарный состав будет
bc=
; bh= 
; bo= 
; bn= 
.Здесь µ=12m+n+16p+14q – молекулярная масса вещества;
bc, bh, bo, bn – доли углерода, водорода, кислорода и азота.
Для углерода и водорода приняты округленные значения атомных масс (µн=1, µс=12);
Если топливо или его компонент представляет собой комбинацию нескольких веществ, то массовая доля отдельного элемента найдется так:
bk=Σgibki
где bk – массовая доля k – го элемента в смеси,
gi - массовая доля отдельного (i–го) вещества в смеси,
bki – массовая доля k – го элемента в i- м веществе;
Если топливо состоит из окислителя и горючего и известно соотношение компонентов æ элементарный состав обоих компонентов, то массовая доля отдельного (k – го) элемента в топливе найдется так:
bk=(bkг+ ækok)/(1+ æ).
Когда компоненты представляют собой смеси индивидуальных веществ, то для некоторых расчетов удобно использовать условную химическую формулу данного компонента. Такую формулу можно построить разным способом. Например, удобно определять ее, исходя из числа атомов различных элементов, приходящихся на 100 массовых единиц рассматриваемого компонента. Тогда условная химическая формула будет иметь вид
CmHnOpNq…,
где m=100bc/12; n=100bH/1; p=100bo/16; q=100bN/14,
а bc, bH, bo, bN – массовые доли соответствующих элементов в данном компоненте. [1,стр.118-119]
2. Методики эксперимента
В работе использованы методики изготовления модельных твердых топлив, измерения скорости горения.
2.1 Определение процентного состава компонентов топливной композиции по известному α
Знание коэффициента избытка окислителя системы позволяет решить обратную задачу, т.е. определить процентный состав компонентов топливной композиции.
Рассмотрим это на примере топлива с α=0,90 и содержанием алюминия 15 масс. %, тогда содержание топливной композиции можно записать как
NH4NO3 – (85-х) %
Связка – х %
Аl – 15 %
Т.к. содержание алюминия зафиксировано, а на содержание (NH4NO3 и связки) при 15 % алюминия приходится 85 %. Расчет эквивалентной формулы приведен в таблице№1.
Таблица№1. Расчет эквивалентной формулы.
| компонент | содержание, масс.% | эквивалентная формула компонента | Содержание элементов в топливе с учетом масс.% | ||||
| Al | С | Н | О | N | |||
| NH4NO3 | 85-х | N25H50O37,5 | --- | --- | 50(85-х) | 37,5 (85-х) | 25(85-х) |
| связка | х | С18,4Н31,1O31,9H17 | ---- | 18,4х | 31,1х | 31,9х | 17х |
| Al | 15 | Al37 | 37*15 | --- | --- | --- | ---- |
| эквивалентная формула топлива | 100 | 555 | 18,4х | 50(85-х) +31,1х | 37,5 (85-х) +31,9х | 25(85-х) +17х | |
Т.е. эквивалентная формула топлива имеет вид:
Al555C18.4xH50(85-x)+31.1xO37.5(85-x)+31.9xN25(85-x)+17x
тогда
α=0,9=
= 
отсюда
Т.е. состав топливной композиции с α=0,9, содержащий 15 масс.% алюминия содержит, масс.%:
NH4NO3- 67,6
Связка – 17,4
Алюминий - 15
2.2 Методика изготовления образцов
В работе топливные составы изготовляли ручным способом по лабораторной методике не более 10 гр. смеси за одну мешку.
При работе с топливными составами проводили следующие операции: взвешивание компонентов топлива, смешивание, формирование образцов, определение их основных характеристик (массы, высоты, диаметра), бронирование, повторное определение основных характеристик.
В ходе работы изготавливали составы, содержащие нитрат аммония марки ЖВ, алюминий (УДП), сажа и SnCI2.
Дозировку компонентов проводили на электронных весах с точностью до 0,02г. Суммарная масса топлива 10г.
Навеску связки (МПВТ-АСП) полностью помещали в фарфоровую чашку, а навески алюминия (УДП), нитрата аммония (марки ЖВ), сажи, SnCI2 и отвердителя помешали на листках кальки. Затем в связку постепенно добавлялись компоненты топлива и после каждого компонента смесь тщательно перемешивалась. Отвердитель вносили в готовую топливную массу, которую далее дополнительно перемешивают. Полученную топливную массу формовали с помощью фторопластовой сборки в виде цилиндрических образцов диаметром 10 мм.
Полученные образцы взвешивали, измеряли высоту, определяли плотность. Затем образцы бронировали по боковой поверхности линолеумом, растворенным в ацетоне, и сжигали на воздухе при нормальных условиях.
2.3 Измерение скорости горения
Нами использован лабораторный метод измерения скорости горения.
Скорость горения определяли на воздухе при комнатной температуре.
Образец помещали на текстолитовую подложку. Затем заряд поджигали на верхнем торце одновременно по всему протяжению границы контакта при помощи открытого пламени. Время сгорания фиксировали секундомером. Расчет скорости горения проводили по формуле:
U=l/τ, мм/сек., где l- длина образца, мм
τ - время сгорания, сек.
Для определения скорости горения данного состава проводили не менее трех определений.
3. Экспериментальные данные
В работе использовали топливную композицию, характеризующуюся постоянным коэффициентом избытка окислителя, равным 0,9. Характеристикой, определяющей пригодность топлив к исследованию, служила плотность образцов.
При нормальных условиях определяли стационарную скорость горения.
3.1 Характеристики исследованной партии образцов
В таблице№2 приведены характеристики исследованной партии образцов, а именно масса (с бронировкой и без), высота, диаметр (с бронировкой и без), плотность, время горения, скорость.
Таблица№2. Характеристики образцов.
| № | m,гр. | h,мм. | d,мм. | ρ,г/см3 | mбр.,гр | dбр,мм. | h бр.,мм | t, c | v,мм/с |
| 1 | 24,9 | 20,5 | 10 | 1,55 | 2,76 | 10,7 | 20,9 | 18,2 | 1,15 |
| 2 | 2,56 | 21 | 10,2 | 1,55 | 2,87 | 108 | 21 | 17,3 | 1,2 |
| 3 | 2,31 | 19,3 | 10,2 | 1,52 | 2,58 | 10,8 | 19,5 | 17 | 1,15 |
| 4 | 2,44 | 14 | 10,2 | 1,52 | 2,68 | 10,8 | 14 | 12 | 1,17 |
Средняя плотность образцов оказалась равной 1,54г/см3, а средняя скорость горения 1,15мм/с, что не противоречит данным, полученным ранее в опытах с образцами такого же состава.
Выводы
Изучена методика расчета компонентного состава смеси топлива при α=0,9.
Изучены свойства компонентов смесевого твердого топлива.
Изготовлены образцы смесевого твердого топлива и определена их плотность.
Определена скорость горения высокоэнергетической композиции.
Список литературы
1. Т.М. Мелькумов, Н.И. Мелик-Пашаев, П.Г. Чистяков, А.Г. Шиуков Ракетные двигатели. Москва // Машиностроение,1976,400с.
2. И.А. Силантьев, Твердые ракетные топлива. Москва, Воениздат //1964, 80 с.
3. Лидоренко Н.С., Чижик С.П., Гладких Н.Н. и др. Сдвиг электронного потенциала в высокодисперсных системах. // Изв. АН СССР. Металлы. 1981. №6. с. 91-95.