Определение оптимального состава компонентов твёрдого ракетного топлива

Министерство образования и науки РФ

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ГДУ

Лабораторная работа №1

Определение оптимального состава компонентов твёрдого ракетного топлива

Факультет: ЛА                                                        Приняла: Авсейко Е.О.

Группа: МБ-91

Выполнила: Данилова Е.Д.

                                            Новосибирск 2011

Цель работы:  определить  оптимальное соотношение  компонентов ТРТ. Основными компонентами  топлива являются спирт (метанол), алюминиевая пудра и вода.

Дано:смесевое топливо на основе алюминиевого порошка, воды и спирта.

Массовая доля метанола w(СН₃ОН) = 30%.

w(Al)  + w(H₂O) + w(CH₃OH) = 100%

Ход работы:

Для  расчёта оптимального  состава  ТРТ  используется  программное обеспечение ASTRA.

Задание  1.

Требуется определить процентное содержание алюминиевого порошка в топливе,при котором скорость истечения продуктов сгорания и температура в камере сгорания РД  максимальны.

P=10,20,30,40 атм.

Текст  программы:

<inte<prsi<prr>

I=1, p=10, pA=0.005,

(36% AL[0]),

(34% H2O1[-3792]),

(30% C1H4O1[-1792]);

1.  Р=10 атм.

Al (%)	H2О (%)	W (м/с)
42.11	27.79	2966
42.14	27.76	2966.1
42.2	27.68	2966
42.28	27.61	2965.9
42.32	27.57	2965.8

2.  Р=20 атм.

Al (%)	H2О (%)	W (м/с)
42.61	27.29	3063
42.63	27.27	3063.3
42.65	27.25	3063.4
42.68	27.22	3063.4
42.7	27.2	3063.3
Рис.1.2.зависимость скорости истечения продуктов сгорания от процентного содержания Alпри Р=20атм.   42.72	27.18	3063

3.  Р=30 атм.

Al (%)	H2O (%)	W (м/с)
42.86	27.06	3114.9
42.88	27.04	3115
42.94	26.96	3115.1
42.98	26.92	3115
43	26.9	3114.9

4.  Р=40атм.

Al (%)	H2O (%)	W (м/с)
42.96	26.84	3149.6
43	26.8	3149.9
43.12	26.78	3150
43.16	26.74	3149.8
43.19	26.71	3149.6

Р (атм)	Al (%)
10	2966,1
20	3063,4
30	3115,1
40	3150

Вывод по заданию 1.

Для получения максимальной скорости  ракеты нужно максимально повысить температуру образующегося в результате сгорания в топливе газа. Когда газ расширяется, достигается высокая скорость его истечения через сопло двигателя. По последнему графику видно, что с ростом давления увеличивается концентрация алюминия; она максимальна при Р=40 атм.

Задание  2. Перолиз метана.

Требуется определить процент выхода водорода при различных температурах перолиза  (Т=800-1500 , шаг = 100).

Перолиз есть процесс нагревания различных органических соединений, таких как метан, нефть, без доступа кислорода. Выделение водорода при перолизе метана представляет собой очень большую опасность.

Текст программы:

<inte<prsi<prr>

T=800, P=1,

(100%C1H4);

T (К)	H (%)
800	56
900	80
1000	91
1100	96
1200	98
1300	99.2
1400	99.5
1500	99.7

	Рис.2 Выход водорода в процентах при разных температурах

Вывод по заданию 2.

Из графика видно, что больший выход водорода из метанасоответствуетболее высокой температуре. Максимальныйвыход водорода наблюдается приТ=1500 K.

Задание 3.

Определить процентное содержание оксидов азота NO₂ и  NOв продуктах распада графита при его сжигании при температуре от 800 до 1500 K с шагом  100K.

Концентрации кислорода и азота равны:

ω(O2)=36,48%

ω(N2)=148,48%

Текст программы:

<inte<prsi<prr>

I=1, p=10, pA=0.005,

(148,48% N2 ),

(36,48% O2),

(12% C);

T (К)	NO(%)	NO2(%)	NO+NO2(%)
800	0,000066214	0,000006572	0,000072786
900	0,00030475	0,000011457	0,000316207
1000	0,0010336	0,000017896	0,001051496
1100	0,0028076	0,000025809	0,002833409
1200	0,0064552	0,000035058	0,006490258
1300	0,013053	0,000045466	0,013098466
1400	0,023858	0,000056835	0,023914835
1500	0,040208	0,000068954	0,040276954

Рис.3.1.  Зависимость концентрации NOот температуры

Рис.3.2.  Зависимость концентрации NO2 от температуры

Рис.3.3. Зависимость суммарногосодержанияоксидов азота(I) и (II) от температуры

Вывод по заданию 3.

Мы определили процентные содержанияоксидов азота (I) и (II) в продктах распада графита и их зависимость от температуры. Очевидно, что с увеличением нагрева концентрации оксидов возрастают. Также можно сказать, что графики 1 и 3 повторяют друг друга, поскольку процентное содержание  NO₂ очень мало по сравнению с NO, поэтому при построении  зависимости суммарного содержания оксидов азота от температуры им пренебрегается.