Главная -> Словарь

Энергетическими показателями

Более перспективным и эффективным методом получения топлив с высокими энергетическими характеристиками является создание синтетических топлив. Путем синтеза углеводородов можно получить топлива с энергетическими характеристиками на 13—15% лучше, чем у керосина. В настоящее время известны топлива на основе изопарафиновых углеводородов с компактным расположением боковых групп, некоторых нафтеновых углеводородов с боковыми цепями на основе би- и полициклических нафтеновых углеводородов. Характерной положительной чертой этих топлив является также высокая термическая стабильность при температурах до 260° С, а недостатком — высокая вязкость при отрицательных температурах.

Получение высокоэффективных топлив путем синтеза углеводородов связано с большими трудностями, так как в молекулу углеводорода наряду с водородом, обладающим высокой теплотой сгорания , входит углерод, теплота сгорания которого невысока . Вместе с тем известен ряд элементов, теплота сгорания которых значительно выше, чем у углерода. Таким образом, путем замены углерода на высококалорийный элемент можно получить топливо с очень хорошими энергетическими характеристиками. Так, например, бор имеет теплотворность на 78% выше, чем углерод. При содержании примерно такой же весовой доли водорода, как и в углеводородах, бороводороды при сгорании дают на 50—60% больше тепла.

Квантовохимические расчеты позволили согласовать дан ные по темновой и фотохимической димеризаци))) с энергетическими характеристиками переходного состояния.

вающий их сгорание, и вещества, выделяющие энергию при разложении. Для У. т. практически используют вещества с невысокими энергетическими характеристиками .

На рубеже XIX и XX веков были изобретены бензиновый и дизельный двигатели внутреннего сгорания, положившие начало всеобщей моторизации, коренной перестройке вначале водного, а затем и железнодорожного транспорта, появлению таких новых видов транспорта, как автомобильный и авиационный, созданию машин и механизмов, использующих двигатели внутреннего сгорания . Все это привело к резкому увеличению добычи и потребления нефти, отличающейся высокими энергетическими характеристиками, относительной простотой переработки в разнообразные моторные и котельно-печные топлива, смазочные материалы, нефтехимическое сырье и возможностью дальнего транспорта с относительно низкими затратами. Наряду с нефтяной промышленностью, хотя и несколько позднее, значительное развитие получила в ряде стран мира добыча и переработка природного газа. Он стал широко применяться как эффективное и экологически лаиболее чистое топливо для выработки электрической и тепловой энергии, а также как сырье для многих крупнотоннажных химических производств.

Таким образом, изложенный выше способ дает воз оно должно обладать максимальными энергетическими характеристиками; \

Стремление повысить скорость, дальность и высоту полета самолетов с ВРД выдвинуло на первый план не только задачи, связанные с улучшением аэродинамических характеристик, материалов и конструкции реактивных самолетов, но и не менее важные задачи по получению более высококачественных топлив. Основным направлением улучшения топлив для ВРД является повышение их энергетических характеристик . Под энергетическими характеристиками топлив для ВРД понимаются теплота сгорания, плотность и полнота сгорания. Эти характеристики оказывают решающее влияние на эффективность ВРД и летно-технические характеристики реактивных самолетов.

Следовательно, наиболее перспективными в качестве топлив с повышенными энергетическими характеристиками являются

Если вследствие использования высококипящих нефтяных фракций в ближайшее время энергетические характеристики топлив для ВРД могут быть повышены на 4—5%, то синтетическим путем могут быть получены топлива с более высокими энергетическими характеристиками. В состав этих топлив должны входить углеводороды, обладающие высокой теплотой сгорания и высокой плотностью. Такими углеводородами являются изопарафиновые углеводороды с компактным расположением боковых групп и некоторые нафтеновые углеводороды с боковыми цепями изостроения . Коодманом и Визе 191 были синтезированы у^^^

Стремление повысить удельную тягу ЖРД ведет к непрекращающимся поискам новых топлив с повышенными энергетическими характеристиками. Были исследованы практически все химические элементы периодической системы Д. И. Менделеева.

является создание топлив, обладающих значительно более высокими энергетическими показателями, чем керосины. К энергетическим показателям относятся: теплота сгорания, плотность и полнота сгорания. В этом направлении ведутся интенсивные исследовательские работы. Основные пути в решении этой проблемы следующие:

Интерес к водороду как моторному топливу обусловлен его высокими энергетическими показателями, отсутствием вредных веществ в продуктах сгорания и, главное, — практически неограниченной сырьевой базой. Водород характеризуется наиболее высокими энергомассовыми показателями среди химических топлив. Низшая теплота сгорания молекулярного водорода составляет 241,9 МДж/ /моль, что соответствует 120 МДж/кг. В то же время из-за низкой плотности водород по объемной теплопроизводительности

В связи с перспективностью водорода как моторного топлива практический интерес представляет его конверсия в высококипящие топлива, использование которых было бы более приемлемым для автомобильного транспорта. Одним из таких топлив является аммиак , производство которого хорошо освоено, он относительно недорог и имеет удовлетворительные термодинамические свойства. В нормальных условиях аммиак находится в газообразном состоянии и представляет собой бесцветный газ с резким и характерным запахом. При температурах окружающей среды аммиак снижается уже при давлении 0,6—0,7 МПа. Сжиженный аммиак характеризуется умеренными энергетическими показателями . Массовая энергоемкость аммиака по отношению к бензину, метанолу и водороду, ниже в 2,5, 1,1 и 6,5 раза соответственно, в то время как по энергоплотности он превосходит большинство1 разработанных систем хранения водорода на автомобиле.

Ацетилен характеризуется высокими энергетическими показателями . Он легко вступает в реакцию с кислородом воздуха, выделяя при сгорании смеси стехиометрического-состава 105,2 кДж. Тепловой эффект горения ацетилено-воз-душных смесей меньше, чем тепловой эффект реакции распада чистого ацетилена, составляющий 227,1 кДж/моль. Таким образом, в противоположность большинству топлив при обогащении ацетилено-воздушной смеси ее тепловой эффект возрастает. Тем не менее максимальная скорость реакции, минимальная энергия зажигания и другие экстремальные параметры горения соответствуют стехиометрическому составу ацетилено-воздушной смеси.

Расчеты показывают, что для ракет, предназначенных для полета на большие расстояния, выгоднее выбирать топлива с высокими энергетическими показателями, т. е. обладающие высокими удельными тягами, даже если они имеют невысокую плотность; с уменьшением дальности полета значение плотности топлива повышается.

Жидкий кислород в качестве окислителя ракетных топ-лив впервые был предложен К- Э. Циолковским в 1903 году. Он является одним из наиболее мощных окислителей благодаря тому, что молекула кислорода не имеет в своем составе каких-либо балластных атомов . Вследствие этого топлива на основе жидкого кислорода по сравнению с топливами на основе других окислителей при одном и том же горючем в энергетическом отношении более эффективны. Топлива с еще. большими энергетическими показателями можно получить только при использовании таких окислителей, как озон, элементарный фтор и моноокись фтора, представляющая собой соединение кислорода с фтором.

В настоящее время перекись водорода как окислитель ракетных топлив не применяется, так как такие топлива обладают значительно худшими энергетическими показателями, чем топлива на основе кислорода и азотной кислоты с окислами азота. Однако, когда будет освоена эксплуатация 100% перекиси водорода, не исключено применение ее в качестве компонента основного топлива. Расчеты показывают, что топлива на основе 100% перекиси водорода не уступают по плотности топлйвам на основе азотнокислотного окислителя и превосходят их на))) 7—9 кгсек/кг по удельной тяге.

Повысить энергетические показатели однокомпонент-иого топлива на основе перекиси водорода можно и путем приготовления смесей, содержащих, помимо перекиси и воды, горючие компоненты — этиловый спирт, глицерин, ацетон и др.'Так, если ввести в 50% водный раствор перекиси водорода 8%! этилового спирта, можно получить одно-компонентное топливо с температурой горения около 800° С, обладающее более высокими энергетическими показателями, чем 80% перекись, и более безопасное в обращении.

Из всех фторных окислителей наиболее высокими энергетическими показателями обладает элементарный фтор, а пятифтористый бром — наибольшей плотностью. В тех ракетах, в которых важно иметь малые размеры топливных баков, пятифтористый бром может явиться наиболее подходящим окислителем.

Указывается, что на основе фторных окислителей можно создать ракетные топлива с высокими энергетическими показателями, если использовать в качестве горючих металлы, металлоорганические соединения или частицы металлов во взвешенном состоянии в жидких горючих, например гидразине или метилгидразине .

Из всех соединений фтора это вещество представляет наибольший интерес как окислитель ракетных топлив. По сравнению с элементарным фтором трифторид хлора обладает более низкими энергетическими показателями, так как в его молекулу входит атом хлора, который является очень плохим окислителем, и топлива на его основе совершенно неэффективны. Однако трифторид хлора имеет сравнительно высокую температуру кипения и низкую температуру затвердевания , что значительно облегчает его эксплуатацию по сравнению с другими фтор-ными окислителями. При температуре окружающей среды трифторид хлора можно хранить в герметически закрытой емкости при повышенном давлении до 2—3 кг/см2.