Химическая кинетика и теория горения ракетных топлив

Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины: формирование системы профессиональных знаний и практических навыков в области проектирования жидкостных ракетных двигателей. Задачи дисциплины: - представление обучающимся сведений, являющихся базовыми при изучении дисциплин специализации; - формирование у обучающихся представления о физической, химической и термодинамической природе протекающих в камере сгорания ракетных двигателей и газогенераторов процессов; - выработка у обучающихся навыков определения состава и свойств рабочего тела (продуктов сгорания) ракетных двигателей на основе принципа подвижного равновесия с использованием современных средств ЭВМ; - предоставление обучающимся сведений об энергетических, эксплуатационных, конструкционных, экономических и экологических свойствах наиболее распространённых и перспективных ракетных топлив, в том числе об их степени токсичности и влиянии на организм человека и окружающую среду.

Краткое содержание дисциплины

Вводная лекция по химической кинетике Источники энергии и рабочие тела ракетных двигателей. Химическая кинетика как раздел физической химии. Теоретические методы определения скорости химической реакции. Зависимость скорости реакции от температуры, давления и рода реагирующих веществ. Молекулярность и порядок химических реакций реакций. Изменение скорости и концентраций во времени химических реакций, время полураспада. Энергия активации, её физический смысл, методы определения энергии активации и констант изотермических реакций. Равновесие обратимых химических реакций Константы равновесия, выраженные через концентрации и через парциальные давления. Уравнение Вант-Гоффа и равновесие экзотермических и эндотермических реакций. Особенности протекания цепных химических реакций. Неизотермические химические реакции: самовоспламенение простых химических реакций температура самовоспламенения. Время индукции. Развитие цепных реакций во времени, самовоспламенение таких реакций. Элементы теории горения, понятие о кинетическом и диффузионном горении. Понятие о кривой выгорания на основе одномерной модели. Теоретическое определение нормальной скорости распространения пламени в ламинарном потоке. Экспериментальные методы определения нормальной скорости Распространение пламени в турбулентных потоках при различной степени турбулентности. Особенности гомогенного диффузионного пламени. Структура диффузионного факела Понятие о детонационном горении. Вводная лекция по теории горения ракетных топлив Элементный состав компонентов топлив и топлив. Стехиометрическое соотношение компонентов Определение стехиометрического соотношения для топливных пар разного состава Понятие о полной энтальпии индивидуальных веществ, системы отсчёта. Полная энтальпия смесей, растворов, компонентов топлива и топлива. Стандартная энтальпия и приведение её к условиям входа в камеру. Расчёт параметров продуктов сгорания (П.С.) известного состава Система уравнений для определения равновесных температуры и состава П.С. при заданных температуре и давлении. Алгоритм определения равновесного состава и температуры гомогенных продуктов сгорания в камере и на срезе сопла. Методы решения системы уравнений для определения состава продуктов сгорания Решение системы уравнений так называемым «точным» способом. Блок-схема программы для определения парциальных давлений в камере Блок-схема программы для определения парциальных давлений на срезе сопла. Общая блок-схема программы термодинамического расчёта камеры. Особенности составления системы уравнений для определения состава гетерогенных продуктов сгорания Особенности термодинамического расчёта при α <<1. Особенности термодинамического расчёта при α >>1 (расчёт для случая, когда окислитель – простое вещество). Особенности термодинамического расчёта при α >>1.расчёт для случая, когда окислитель и горючее содержат азот. Особые случаи терморасчёта: окислитель –атмосферный воздух. Особые случаи терморасчёта: расчёт недиссоциированных или слабо диссоциированных продуктов сгорания. Область применения системы уравнений для расчёта равновесного состава. Выбор оптимального α в камере сгорания, в пристеночном слое, для газогенераторов двигателей открытой и замкнутой схем. Основные и конструкционные требования, предъявляемые к ракетным топливам. Эксплуатационные, экономические и экологические требования, предъявляемые к ракетным топливам. Классификация ракетных топлив по составу. Краткая характеристика кислородных окислителей. Краткая характеристика азотосодержащих окислителей. Краткая характеристика фторных окислителей. Краткая характеристика хлор- и фторсодержащих окислителей. Краткая характеристика спиртов как горючих. Краткая характеристика аммиака и аминных горючих. Гидразин и его производные. Краткая характеристика. Углеводороды как ракетные горючие, краткая характеристика. Водород, бороводороды и металлы как ракетные горючие.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ПК-1 Разработка моделей и проведение тепловых, гидравлических, газодинамических и термохимических расчетов при проектировании узлов и агрегатов двигателей летательных аппаратов, включая элементы автоматики
УК-8 Способен создавать и поддерживать в повседневной жизни и в профессиональной деятельности безопасные условия жизнедеятельности для сохранения природной среды, обеспечения устойчивого развития общества, в том числе при угрозе и возникновении чрезвычайных ситуаций и военных конфликтов