Система відліку повних ентальпій

Чисельне значення величини повної теплоємності залежить від прийнятої системи її відліку. У літературі, присвяченій розрахункам PРД чи взагалі розрахункам температури і складу продуктів згоряння, зустрічаються різні способи відліку тепловмісту. Запропоновані системи відліку повних ентальпій відрізняються за двома основними ознаками:

1. Приймають різну початкову температуру відліку фізичних тепловмістів Т_{0 .}

2. У різних системах умовно хімічну енергію відносять до різних речовин. Її можна відносити або до горючих елементів, або до окислювальних елементів, або до речовини яка утворилась. Крім того, хімічній енергії може бути, як ми вже говорили, приписаний різний знак. Пояснимо сказане прикладом. Утворення води відбувається за відомим рівнянням:

При цьому виділяється енергія, рівна -242,18 кДж/г-моль, і записане рівняння має вигляд:

Виділену енергію можна віднести до пального елементу, тобто, водню, і якщо надати їй додатний знак, то отримаємо так звану теплотворну здатність водню. У цьому випадку хімічні енергї кисню О₂ і води H₂О будуть рівні нулю.

Так само виділену енергію можна віднести до окислювального елемента – кисню О₂ або до утвореної речовини H₂O, вважаючи хімічну енергію двох інших компонентів рівною нулю. Найбільш логічно відносити виділену або витрачену під час протікання реакції енергію до утвореної речовини.

Під час проведення теплових розрахунків вибір тієї чи іншої системи відліку тепловмісту не є суттєвим, тільки необхідно розрахунок повних тепловмістів пального, окислювача, палива і продуктів згоряння проводити в одній системі відліку. У подальших позрахунках будемо використовувати систему відліку, запропоновану А. П. Ванічевим.

У цій системі відліку:

1. Хімічну енергію виділену або затрачену під час протікання реакції, відносять до утвореної у результаті реакції речовини. У зв'язку з цим хімічна енергія стандартних елементів дорівнює нулю.

2. Хімічну енергію речовини враховують шляхом введення в повне теплоутворення величини її теплоти утворення за 293 К,тобто величини ∆Н_{293 .}

Такий спосіб оцінки величини хімічної анергії не вносить жодних похибок у розрахунки (якщо їх виконувати в одній системі), але зручний тим, що теплота утворення речовин найчастіше визначають саме за цієї температури.

3. Хімічна енергія вважається позитивною, якщо вона затрачена на утворення речовини, і негативною, якщо вона при цьому виділяється.

4. За нуль відліку фізичних тепловмістів приймають температуру 293 К.

Таким чином, у використаній системі відліку повних тепловмістів величина I_n для речовини, що має температуру Т, буде визначатися співвідношенням

,

а для рідких речовин

У зв'язку із зазначеними вище умовами повний тепловмніст компонентів палива за температури 293 К дорівнює їх теплоті утворення . Оскільки у більшості випадків температура, за якої компоненти палива використовують у двигуні, дорівнює 293 К або близька до неї, величина повного тепловмісту компонентів палива в основному характеризує запас їх хімічної енергії.

Величини хімічної енергії і повного тепловмісту у системі А. П. Ванічева (теплоти утворення ) для стандартних пальних і окислювальних елементів, а також продуктів хімічної реакції, які можуть утворюватися в камері РРД, наведено в табл. 2.2.

Повний тепловміст стандартних елементів за 293 К дорівнює нулю. За цієї ж температури повні тепловмісти продуктів, які можуть утворитися в камері РРД (СО₂; Н₂О; HF; СО; ОН; N0; Н; О; F; N), рівні їх теплоті утворення. Як показують дані табл. 2.2, повний тепловміст за 293 К дуже близький до величини хімічної енергій. При цьому для продуктів згоряння (СО₂; Н₂О; HF і СО) за 293 К величина I_п негативна, а для інших газів – позитивна.

 

Таблиця 2.2

Хімічна енергія (∆Н₀) і повний тепловміст у системі А. П.Ванічева за 293 К стандартних пальних і окислювальних елементів, а також продуктів згоряння і продуктів дисоціації палив РРД

Речовина	Стан речовини	Хімічна формула	Хімічна енергія Ккал/г-моль	Повний тепловміст Iп за 293 K (або )
Ккал/г-моль	Ккал/г-моль
Вуглець	Твердий графіт	С
Водень	Газ	Н2
Кисень	.	О2
Фтор	.	F2
Азот	.	N2
Вуглекислий газ	.	CO2	-93,64	-94,05	-2140
Вода	.	H2O	-57,10	-57,79	-3210
Фтористий водень	.	HF	-64,17	-64,15	-3210
Оксид вуглецю	.	CO	-26,80	-26,42	-945
Гідроксил	.	OH	+10,00	+10,06	+595
Оксид азоту	.	NO	+21,47	+21,60	+720
Атомарний водень	.	H	+51,63	+52,08	+51700
Атомарний кисень	.	O	+58,59	+59,15	+3690
Атомарний фтор	.	F	+17,80	+18,29	+962
Атомарний азот	.	N	+85,12	+85,56	+6100