Молекулярный вес продуктов сгорания и их состав

Температура продуктов сгорания

Для углеводородных топлив и воздуха при соотношениях близких к стехиометрическим температура продуктов сгорания может достигать T₂ =2500-2800 ⁰К. Использование водорода в качестве топлива в аналогичных условиях приводит к еще большим значениям температуры. Существующие материалы лопаток турбины способны работать до температур 1200-1300 ⁰К. Для охлаждаемых лопаток допускается температура газа до 1700 ⁰К. Такие значения температуры получаются при коэффициенте избытка окислителя . Однако устойчивое горение при таком соотношении невозможно. Для организации рабочего процесса камера сгорания разбивается на зоны с разными значениями . В зоне начального горения , что обеспечивает устойчивость процесса, и наибольшую температуру. В следующей зоне в реагирующую смесь вводиться дополнительная порция воздуха, обеспечивающая . При этом повышается полнота сгорания топлива и происходит снижение температуры до значений 1850-2050 ⁰К. По выходе из камеры сгорания продукты сгорания разбавляются относительно холодным воздухом для снижения температуры до приемлемых для турбины значений. При этих температурах процесс горения практически прекращается. Разбавление воздухом продуктов сгорания приводит к увеличению общего объема рабочего тела. Искусственное снижение температуры приводит к снижению термического КПД и дополнительным затратам мощности на компрессоре двигателя. Поэтому разработчики двигателей постоянно ищут способы повышения допустимой температуры газа на лопатках турбин.

Тяга двигателя зависит от газообразующей способности топлива. Чем больше объем продуктов сгорания образует единица массы реагирующих веществ, т.е. чем меньше молекулярная масса продуктов сгорания, тем выше скорость их истечения из сопла двигателя и, следовательно, тем больше тяга. Под газообразованием понимается приведенный к нормальным условиям (9,8-104 Па, 20°С) объем газов (V газ) образующийся при сгорании 1 кг топлива. Его можно подсчитать, зная, что 1 кг/моль любого газа при нормальных условиях имеет объем 22415 л и, следовательно, объем 1 кг газа в нормальных условиях равен

V газ = 22415/ μ

где μ. – молекулярная масса продуктов сгорания.

Продукты сгорания водорода, по сравнению с продуктами сгорания углерода имеют меньшую молекулярную массу. Так молекулярный вес водяного пара примерно в 2,5 раза меньше, чем углекислого газа. Отметим, что идеальным газом для совершения работы расширения явился бы сам чистый водород, как имеющий наименьший молекулярный вес из всех известных химических элементов. Способность единицы массы газообразного вещества к совершению работы при нагреве его на один градус, оценивается значением его газовой постоянной:

R = const/ μ

В системе СИ const= 8314.41Дж/(кг К).

Следовательно, при выборе топлива и при организации рабочего процесса предпочтение следует отдавать веществам, образующим наименьшую молекулярную массу продуктов сгорания и подбирать соответствующие этому режимы протекания реакции горения.

В процессе горения реакция должна происходить без образования твердых или жидких конденсированных продуктов сгорания. Конденсированные продукты сгорания, по причине их фазового состояния, не могут участвовать в процессе расширения и, следовательно, в преобразовании тепловой энергии в механическую работу.

Кроме того, конденсированные продукты сгорания способны оказывать негативное воздействие на поверхности канала газового тракта ГТД. Твердые частицы вызывают эрозию, а жидкие – способствуют возникновению коррозии конструкционных материалов.

Дата добавления: 2013-12-13