宇宙船工学として、ロケットエンジン燃焼ガスの平衡組成と断熱火炎温度についてまとめています。
水素と酸素の燃焼反応での平衡組成と断熱火炎温度の計算手法：化学種はH2,O2,OH,H2O,O,O2として燃焼ガスに至る反応方程式は
H2 + 反応方程式係数m*O2 = n1*H2 + n2*H + n3*OH + n4*H2oO + n5*O + n6*O2 となり、量論混合気に対しては m=1/2 となる。
化学種分圧をPi, 燃焼ガス1kgに含まれる水素と酸素のkg原子数をnH,nOとすると 水素kg原子数nH = Cp * (2*PH2 + PH + POH + 2*PH2O)、
酸素kg原子数nO = Cp * (2*POH + PH2O + PO + 2*PO2)となり、水素に対する酸素のkg原子数の比は、未燃混合気組成m = nO/nHである。
また m = (POH+PH2O+PO+2*PO2)/(2*PH2+PH+POH+2*PH2O)、全圧 P = PH2+PH+POH+2*PH2O), 化学反応平衡定数を Kp1(H2+1/2O2=H2O),
Kp2(1/2H2+OH=H2O), Kp3(1/2H2=H),Kp4(1/2O2=O)となり、Kp1=PH2O/(PH2*√PO2), Kp2=PH2O/(PH2*√POH), Kp3=PH/√PH2,Kp4=PO/√PO2、
Kp1～Kp4は温度だけの関数なので、温度が与えられるとKp1～Kp4、mimと全圧Pからなる6つの方程式から化学種の分圧を決められる。
未燃混合気の組成とその初期温度から燃焼ガスの断熱火炎温度Tafとそれに対応する平衡組成を計算する手順は次のようになる。
（１）未燃混合気のエンタルピーhu(kcal/kg)を計算する。Huには生成エンタルピーも含める。
（２）燃焼ガス温度Tbを仮定して、上記の未燃混合気組成、全圧P、化学種分の化学反応平衡定数から燃焼ガスの平衡組成を計算する。
（３）仮定したガス温度及びその平衡組成に対応する燃焼ガスのエンタルピーhb(kcal/kg)を計算する。hbには生成エンタルピーも含まれる。
（４）一般にhuはhbと等しくないが、Tbの値を修正してhu=hbとなるまで以上の手続きを繰り返しhu=hbの時のTbが断熱火炎温度であり平衡組成を計算する。
左図はロケット燃料RP-1と酸素の燃焼ガスの断熱火炎温度及び組成を示した図となる。
燃焼圧力は6.89MPa、燃焼ガスの主成分は、H2O, CO2, H2, CO となっている。
ガス平衡が化学平衡式 CO + H2O = CO2 + H2 として成り立っている.。
