CC BY
28
500 мм, толщиной стенки 14,6 мм и протяженностью 1600 км составляет примерно 16 часов [4, 5].
Таким образом, трубопроводный транспорт сжиженного метана требует использования хладостойких металлов (никелевая сталь, алюминий). Однако возможна транспортировка метана в охлажденном состоянии при давлении 1,2 МПа и температуре минус 70°С, что не потребует использования дорогостоящих легированных сталей.
Поэтому экономичность системы трубопроводного транспорта сжиженного метана значительно зависит от стоимости установок сжижения и переохлаждения метана по трассе трубопровода, стоимости стали, из которой изготавливаются трубы, а также от возможности утилизации холода, получаемого при регазификации сжиженного метана.
Использованные источники:
1. Рачевский Б.С. Сжиженные углеводородные газы. - М.: Изд-во «Нефть и Газ», 2009. - 640 с.
2. Земенков Ю.Д. Эксплуатация оборудования и объектов газовой промышленности. - М.: Инфра-Инженерия, 2017. - 608 с.
3. Энциклопедия газовой промышленности. 4-е изд. Пер. с франц.: Ред. пер. Басниев К.С. - М.: Акционерное общество ТВАНТ, 1994. 884 с.
4. Гафуров А.М., Осипов Б.М. Турбодетандирование природного газа на газораспределительной станции с последующим его сжижением. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2011. - №2 (9). - С. 6-11.
5. Гафуров А.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Перспективы производства и использования сжиженного природного газа в качестве моторного топлива. // Теория и практика современной науки. - 2016. - № 9 (15). - С. 112-115.
УДК 621.454.3
Гатина Р.З. студент 5 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедра ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Рассматриваются основные этапы осуществления процесса горения твердого ракетного топлива. Особенности протекания химических реакций разложения и взаимодействия компонентов твердого топлива.
Ключевые слова: ракетный двигатель, горение твердого топлива.
Gatina R.Z.
5th year student, faculty of«Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Zainullin R.R.
candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting»
«KSPEU» Russia, Kazan
IMPLEMENTATION OF PROCESS OF BURNING OF SOLID
ROCKET FUEL
The main stages of implementation ofprocess of burning of solid rocket fuel are considered. Features of course of chemical reactions of decomposition and interaction of components of solid fuel.
Keywords: rocket engine, burning of solid fuel.
В ракетно-космической технике широкое применение находят ракетные двигатели на твердом топливе (РДТТ). Они относятся к сложным техническим системам и характеризуются многообразием конструктивных решений и применяемых материалов, а также сложными внутренними процессами. Одним из важнейших процессов является процесс горения твердого топлива в камере сгорания двигателя, который определяет газоприход в двигателе, его расход и развиваемую тягу. Газоприход обусловлен величиной скорости горения топлива, а скорость горения даже для конкретного топлива может быть различной в зависимости от условий горения и воздействующих внешних факторов. В настоящее время отсутствуют адекватные математические модели, позволяющие точно рассчитать величину скорости горения.
Чтобы оценить роль процесса горения топлива в получение требуемых выходных параметров двигателя рассмотрим принципиальную конструктивную схему РДТТ (рис. 1), которая включает в себя следующие элементы. Заряд твердого топлива 1 располагается в камере сгорания и фиксируется специальными узлами крепления 7, которыми могут быть различные упоры и решетки. Камера сгорания включает в себя цилиндрическую обечайку 2, узлы соединения 8 и два днища (переднее 3 и заднее или сопловое 4). Как правило, днища имеют выпуклую форму (сферическую или эллиптическую) [1].
6 3 8 7 2 1 7 8 4 8 5
Рис. 1. Принципиальная конструктивная схема РДТТ.
Работа двигателя начинается при срабатывании воспламенительного устройства 6. Продукты сгорания воспламенительного состава заполняют внутренний объём камеры и нагревают поверхность заряда. При достижении на поверхности температуры воспламенения топлива заряд начинает гореть и двигатель выходит на основной режим работы. В результате горения заряда образуется значительное количество продуктов сгорания, которые поступают в сопло 5 и истекают в окружающую среду. В сопле газ расширяется. При этом происходит уменьшение давления, плотности и температуры газа, а скорость движения возрастает, достигая максимального значения на выходе (срезе) сопла.
Горение топлива - многоэтапный процесс. На первом этапе происходит нагрев топлива. Перед нагревом топливо имеет начальную температуру от 223 К до 323 К, до которой нагреты все элементы конструкции двигателя перед его запуском. В течение этапа температура поверхности топлива непрерывно повышается за счет подвода теплоты извне к поверхности топлива. В течение этого периода не изменяются физико-химические свойства топлива, его структура остаётся постоянной. В топливе происходит повышение температуры в поверхностном слое, а в глубине его из-за низкой теплопроводности температура остаётся неизменной и равной начальной. В конце этапа температура повышается до температуры 600 К начала разложения топлива, которая характеризуется началом первой реакция разложения одного из компонентов топлива [2].
На втором этапе происходит разложение компонентов топлива, которое начинается при достижении определенной температуры до 800 К. В целом процесс разложения любого твердого топлива - это совокупность последовательных химических реакций разложения сначала сложных, а затем все более простых химических соединений. Первые реакции - реакции разрыва связей в длинных цепочках мономолекул (например, нитроклетчатки, каучука, смолы). Затем последовательно происходят их разложение с образованием различных радикалов и разложение радикалов на малые молекулы типа NO2, NO, H2, Cl2, HCl, O2 и др. Для протекания
каждой из этих реакций требуется определённая температура, т.е. на втором этапе также требуется приток теплоты в топливо и дальнейший его нагрев. При этом сами реакции разложения в большинстве случаев эндотермичны, т.е. поглощают теплоту. Этап заканчивается при завершении последней реакции разложения, что соответствует некоторой температуре до 1300 К. Исходное топливо полностью переходит в конечные продукты разложения, газообразные и конденсированные (частицы сажи, мелкие частицы расплавленного металла). Границу между конденсированной и газовой фазами принято называть поверхностью горения топлива. В целом вся зона, в которой происходит разложение компонентов топлива, называется реакционной зоной в конденсированной фазе [3, 4].
Завершающим третьим этапом является этап химического взаимодействия продуктов разложения топлива. Протекают реакции: 2H2+O2=2H2O; a2+H2=2HCl; 2OH+H2=2H2O; 2NO+C=N2+CO2; 4А1+302=2А1203 и др. Все эти реакции являются экзотермическими, при их протекании выделяется большое количество теплоты. Зона протекания экзотермических реакций называется реакционной зоной в газовой фазе [5].
Каждый слой топлива, начиная с поверхностного слоя заряда, последовательно проходит все три этапа, т.е. нагревается, разлагается, а затем продукты разложения химически реагируют друг с другом. Во времени эти процессы идут непрерывно, и зона горения перемещается в глубь топлива. При неизменных внешних условиях это перемещение происходит с постоянной скоростью - линейной скоростью горения. Именно с такой скоростью перемещается поверхность горения заряда.
Конечные высокотемпературные продукты сгорания в 2500-3200 К поступают в сопло 5 (рис. 1), где происходит преобразование части тепловой энергии в кинетическую энергию истекающего из сопла газового потока. Чем полнее протекают процессы преобразования энергии при прочих равных условиях, тем выше скорость истечения из сопла. А чем выше скорость на срезе, тем меньше потребуется расход топлива для создания заданной тяги.
Использованные источники:
1. Белов В.П. Скорость горения твердого ракетного топлива и методы ее экспериментального определения: учебное пособие. Балт. гос. техн. ун-т. -СПб., 2008. - 42 с.
2. Козичев В.В., Сергеев А.В., Сухов А.В. Теоретическая оценка влияния параметров работы воспламенительного устройства на характеристики процесса воспламенения твердого ракетного топлива. // Инженерный Вестник. - 2014. - № 08. - С. 10-18.
3. Механизм горения твердых ракетных топлив. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.asvcorp.ru/general/astro/engines/chp03_1.html.
4. Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф. Общие сведения о технологии газификации угля. // Инновационная наука. - 2016. - № 5-2 (17). - С. 59-60.
5. Гафуров Н.М., Багаутдинов И.З. Общие сведения о топливных элементах.
// Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 68-70.
УДК 621.454.3
Гатина Р.З. студент 5 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедра ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ХРАНЕНИЕ СМЕСЕВЫХ РАКЕТНЫХ
ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ
Рассматриваются эксплуатационные свойства смесевых ракетных твердых топлив и их компонентный состав. Особенности применения полимерных каучукоподобных основ в качестве горючего-связующего элемента.
Ключевые слова: смесевое ракетное твердое топливо, эксплуатация и хранение.
Gatina R.Z.
5th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Zainullin R.R.
candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting»
«KSPEU» Russia, Kazan
OPERATION AND STORAGE OF COMPOSITE ROCKET SOLID
FUELS
Operational properties of composite rocket solid fuels and their component structure are considered. Features of application polymeric rubber of similar bases as a combustible binding element.
Keywords: composite rocket solid fuel, operation and storage.
Смесевые ракетные твердые топлива (СРТТ) широко применяются в ракетно-космической технике. В составах СРТТ в качестве металлического горючего применяется порошкообразный алюминий, и в качестве окислителя перхлорат аммония (ПХА). Лишь в отдельных частных случаях в качестве горючего рассматривались бериллий, гидрид алюминия, цирконий, а в качестве окислителя - нитрат аммония и перхлорат калия. Топлива содержат также различные добавки специального назначения: пластификаторы, катализаторы, поверхностно-активные вещества и т.п. В
