Разработка теплофизического метода и установки экспресс-контроля растворённого газа в ракетном топливе

• Автор: Попков, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Методы контроля растворённых газов в жидкости

1.1. Хроматографические методы

1.2. Мембранные методы

1.3. Теплофизические методы

1.4. Классификация разработанных теплофизических методов определения растворённого газа в жидксти

1.5. Концепция работы

Выводы по первой главе

Глава 2. Стенд приготовления жидких проб с заданным

содержанием растворённого газа

2.1. Основы методики приготовления газожидкостной пробы
с заданным содержанием растворённого газа
2.2. Прямой метод определения концентрации растворённого
газа в приготовленной газожидкостной пробе
2.3. Дифференциальный метод определения концентрации растворённого газа в приготовленной газожидкостной пробе
2.4. Сопоставление погрешностей приготовления
газожидкостных смесей прямым и дифференциальным методом
2.5. Создание газожидкостной смеси с двумя
растворенными газами
2.6. Определение коэффициента растворимости газа
в эжидкости
2.7. Аттестация стенда СПГС
Выводы по второй главе
Глава 3. Автоматическая установка экспресс-контроля растворённого газа в жидком ракетном топливе. Методические исследования
3.1. Исследование основных положений метода анализа

растворённого газа в жидкости теплофизическим методом
3.2. Прямой метод определения концентрации растворённого
газа в этаноле
3.3. Дифференциальный метод определения концентрации растворённого газа в этаноле
3.4. Определение парциального давления растворённого газа термокондуктометрическим методом
3.5. Измерение концентрации растворённого азота и гелия
в жидком ракетном топливе
3.6. Проверка адекватности разработанной математической
модели
3.7. Оценка погрешности измерения растворённого азота
и гелия в жидком ракетном топливе (амиле и гептиле)
Выводы по третьей главе
Глава 4. Разработка и экспериментальные исследования установки экспресс-контроля растворённого газа в ракетном топливе
4.1. Программно-аппаратный комплекс для регистрации параметров циклов приготовления газожидкостных и
измерения концентрации растворённого газа в жидких пробах
4.2.-Стенд для приготовления жидких проб с заданным содержанием растворённого газа (СПГС)
4.3. Автоматическая установка контроля растворённого
газа в жидком ракетном топливе (УК-РГ.05)
Выводы по четвёртой главе
Выводы и основные результаты работы
Список опубликованных работ
Литература
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Хранение и транспортировка жидких ракетных топлив осуществляется в герметичных цистернах, в которых поддерживается повышенное давление инертного газа (азота), для исключения контакта топлива с кислородом и парами воды, содержащихся в атмосферном воздухе. Жидкое ракетное топливо при взаимодействии с кислородом разлагается и теряет свои свойства. В результате транспортировки и хранения часть азота растворяется в топливе. При заправке рабочих ёмкостей летательных аппаратов производится операция удаления растворённого газа из топлива путём барботирования продувочным газом (гелием).
Аналогичные задачи возникают в химических производствах: так при синтезе аммиака при высоком давлении после стадии конденсации жидкого аммиака предусматривается режим продувки для удаления растворённых газов из товарного продукта.
Для аппаратуры, обеспечивающей контроль растворённых газов в жидком топливе, требуется выполнение необходимых требований: широких диапазон определяемых концентраций (более 2-х порядков), малая относительная погрешность во всем динамическом диапазоне (на уровне 10-20 %), автоматический режим отбора пробы и экспрессность метода анализа (время 1 анализа около 5 минут). Традиционно для такого контроля применялся хроматографический метод анализа, связанный с отбором жидкой пробы, её испарением и определением содержания растворённых газов после разделения на хроматографической колонке. Время такого анализа, включая отбор пробы, составляло около 60 минут.
Новым альтернативным направлением является применение косвенных теплофизических методов анализа газовой фазы, находящейся в динамическом равновесии с жидкой анализируемой пробой; измерение объёма,

сильным токсическим и мутагенным действием (например, оно в четыре раза токсичнее синильной кислоты) и работа с ним возможна только на специальных полигонах.
Поэтому была принята следующая концепция исследований:
- экспериментальные исследования проводились на модельной жидкости (этанол).
В качестве жидкости эквивалента был выбран этанол, так как этанол наиболее близок по давлению насыщенных паров, растворимости и плотности к жидкому ракетному топливу гептил, в отличии, например, от воды. Другие жидкости, схожие по параметрам с ракетным топливом не рассматривались, в силу их токсичных свойств (метанол, бензол и другие);
- была разработана установка контроля растворённого газа в жидких ракетных топливах;
- были разработаны математические модели для установки в квазистатиче-ском приближении;
- было разработано метрологическое обеспечение - стенд для приготовления растворённых газов в модельной жидкости во всем диапазоне измерений;
- был разработан программно-аппаратный комплекс для регистрации переходных процессов во время измерительного цикла для подтверждения квазистатических режимов и оптимизации длительности отдельных стадий цикла;
- был поставлен отдельный эксперимент для подтверждения адекватности математической модели установки контроля растворённого газа в жидком ракетном топливе;
- на основании этого был проведен расчёт метрологических характеристик при работе установки на реальных жидких ракетных топливах.