Влияние дисперсности алюминия и каталитических добавок на характеристики горения систем на основе активного горючего-связующего (стр. 3 из 5)
а bc, bH, bo, bN – массовые доли соответствующих элементов в данном компоненте. [3,стр.118-119].
Рассмотрим конкретный пример. Возьмем SnCl2.
М(SnCl2)=118.69+35.453*2=189.596г/моль
bsn=
bCl2=
Тогда условная химическая формула будет иметь вид:
Sn5.274Cl10.549.
Аналогично находим условные химические формулы для SiO2, сажи, Аl, связки МПВТ-ЛД-70. Данные приведены в таблице 3.
Таблица 3. Эквивалентные формулы компонентов
| брутто формула | эквивалентная формула |
| SnCl2 | Sn5.274 Cl10.549. |
| SiO2 | Si16.643 O33.287 |
| C(сажа) | C83.257 |
| Al | Al37.037 |
| МПВТ-ЛД-70 | С24.353O29.031N14.078H45.434 |
2.1.3 Энергетические и теплофизические характеристики исходных компонентов
К теплофизическим характеристикам относятся удельная теплоемкость Сp, коэффициент теплопроводности λ, коэффициент температуропроводности α, плотность ρ, энтальпия образования ΔН˚, температура плавления и температура кипения. Эти величины характеризуют способность топлив воспринимать тепло при воздействии температуры и проводить (распространять) его по толщине топлива. Они используются при теоретических расчетах термических напряжений зарядов, скрепленных с камерой двигателя, скоростей горения топлив в двигателях. Данные приведены в таблице 4.
Таблица 4. Энергетические и теплофизические характеристики
| компонент | М, кг/моль | Тпл,˚К | Ткип,˚К | ΔН˚,кДж/кг |
| сажа | 12,01 | 3773 | — | 0 |
| SiO2 | 60,08 | 1883 | 3223 | -14973,71 |
| SnCl2 | 189,6 | 520 | 943 | -1745,82 |
| Al | 26,09 | 933,1 | 2773 | 0 |
| МПВТ-ЛД-70 | – | – | – | -1571,68 |
2.2 .Методика зажигания нагретой поверхностью
Тепловое зажигание твердых топлив (ТТ), как и передача тепла вообще, осуществляется тремя простейшими путями. А именно:
1.Путем непосредственного контакта сравнительно холодного заряда ТТ с нагретыми до высокой температуры неподвижными средами (кондуктивное зажигание). Примером может служить:
а) Зажигание на горячей поверхности, когда горячее тело обладает очень высокой теплопроводностью.
б) Зажигание в неподвижном газе, когда теплопроводность сравнима или меньше теплопроводности топлива.
2. Излучением от горячих газов, как правило, продуктов воспламенителей- зажигание лучистой энергией.
3. Зажигание в потоке горячих газов – конвективное зажигание.
В данной работе использовался метод зажигания горячей поверхностью.
Описание установки
Зажигание производится на поверхности алюминиевой болванки (рис.3), нагреваемой до нужной температуры электропечью (1).
Электропечь питается от сети переменного тока через стабилизатор напряжения (2) и автотрансформатор (3). Ток в обмотке печи измеряется амперметром (4) . За счет хорошей изоляции и постоянства тока в обмотке печи температура зажигающей поверхности остается постоянной во времени и слабо меняется в процессе проведения опыта. Измерение температуры поверхности производится термопарой (5), спай которой расположен внутри высверленного в болванке канала на глубине 1мм непосредственно в месте контакта с поверхностью зажигаемого образца. ЭДС термопары измеряется микровольтметром. Образец зажимом (6) крепится к штоку (7), который свободно перемещается в вертикальном направлении в направляющем отверстии поворотного кронштейна и может фиксироваться на нужной высоте чекой. Кронштейн устанавливается на определенной высоте на штанге (8) и может поворачиваться в горизонтальной плоскости на угол 120˚.[4,стр.45-47]
Рис. 3
2.3. Методика изготовления образцов
В работе топливные составы изготовляли ручным способом по лабораторной методике не более 20 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 алюминий марок Alex и АСД-6, сажу и SnCI2.
Дозировку компонентов проводили на электронных весах с точностью до 0,02г. Суммарная масса топлива 20г.
Навеску связки (МПВТ-ЛД-70) полностью помещали в фарфоровую чашку, а навески алюминия, 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.
2.4. Изучение горения на открытом воздухе при 1атм
Нами использован лабораторный метод измерения скорости горения.
Скорость горения определяли на воздухе при комнатной температуре.
Образец помещали на текстолитовую подложку. Затем его поджигали с верхнего торца при помощи открытого пламени. Время сгорания фиксировали секундомером, с погрешностью 0.2 сек, длина измерялась штангенциркулем с погрешностью 0.05 мм.
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 двух параллельных определений.
2.5. Математическая обработка экспериментальных данных
Математическая обработка экспериментальных данных проводится для нахождения средней квадратичной ошибки измерения и определения доверительного интервала.
1. Находим среднее арифметическое:
X=
/n2. Вычисляем отклонение от среднего арифметического, столбец
(X– Xi) по абсолютной величине.
3. Вычисляем квадраты этих отклонений и находим их сумму, столбец
(X– Xi) 2.
4. Вычисляем наибольшую возможную ошибку отдельных отклонений
Δ=
, если Δ больше по абсолютной величине, чем среднее арифметическое (X– Xi), то все полученные результаты доброкачественные. Вторая обработка результатов не требуется.
5. Находим среднюю квадратичную ошибку опыта
Δр =
.Погрешность определялась при доверительной вероятности a=0,95. [13]
Глава 3. Результаты ТД расчета и экспериментального исследования системы Аl - АГСВ - каталитические добавки
В данной главе представлены данные термодинамического расчета характеристик базовых систем и экспериментальные характеристики зажигания и горения исследуемых систем.
3.1. Результаты расчета ТД характеристик базовых систем
За базовую систему взят состав, состоящий из двух компонентов: связки МПВТ-ЛД-70 и алюминия.
Их процентное соотношение:
МПВТ-ЛД-70 – 54.6 масс.%
Аl – 45.4 масс.%
Составы исследовались с коэффициентом избытка окислителя α=0.247,
который был рассчитан следующим образом.
Обозначим через х - масс.% алюминия в составе, тогда
(100-х) – масс.% связки.
Таким образом эквивалентная формула топлива будет имеет вид:
Al37.037*хC24.353*(100-x)H45.434*(100-x)O29.031*(100-х)N14.078*(100-х)
Добавки вводились в систему в количестве 1 масс.%.
Также исследовались системы с добавками SnCl2, SiO2, сажа. Данные приведены в таблице 5.
| компоненты | состав, масс. % | |||
| исходный | №1 | №2 | №3 | |
| МПВТ-ЛД-70 | 54,6 | 54,1 | 54,1 | 54,1 |
| AL | 45,4 | 44,9 | 44,9 | 44,9 |
| SnCl2 | – | 1 | – | – |
| SiO2 | – | – | 1 | – |
| сажа | – | – | – | 1 |
В результате расчетов на программе Астра-4 были получены следующие данные, приведенные в таблице 6.
Таблица 6. Состав и термодинамические характеристики продуктов сгорания
| составы | характеристики термодинамического расчета | |||||
| Тад, К | Iуд, с | состав продуктов сгорания | ||||
| k*Al2O3 | k*AlN | k*Al4C3 | CO | |||
| исходный | 2616 | 217,7 | 2,26 | 3,5 | 1,27 | 7,39 |
| №1(SnCl2) | 2615 | 217 | 2,27 | 3,43 | 1,26 | 7,32 |
| №2(SiO2) | 2616 | 216,7 | 2,36 | 3,46 | 1,2 | 7,33 |
| №3(сажа) | 2355 | 162,4 | 1,47 | 3,18 | 1,09 | 8,53 |
Полные результаты термодинамического расчета представлены в Приложении 1.
3.2.Определение энергии активации и предэкспонента
Математическая задача сводится к решению уравнения теплопроводности, которое в безразмерном виде записывается:
Начальные условия: τ=0, θ=
, 
( 
).