- •В в е д е н и е
- •1 Методика расчета теплофизических характеристик индивидуальных газов
- •1.1 Термодинамические параметры состояния газа
- •1.2 Погрешность определения теплофизических характеристик индивидуальных газов и область пользования результатами расчета
- •1.3 Интерполяция табличных значений теплофизических характеристик
- •2 Методика расчета теплофизических характеристик газовых смесей
- •2.1 Основные свойства газовых смесей
- •2.2 Расчет физических параметров газовой смеси
- •2.7 Расчет удельных теплоемкостей газовой смеси
- •3.2. Методика расчета теплофизических характеристик продуктов сгорания топлив во влажном воздухе при 1
- •3.3 Методика расчета теплофизических характеристик влажного воздуха
- •3.4 Область пользования результатами расчета теплофизических характеристик газовых смесей, продуктов сгорания и влажного воздуха по данным [17]
- •Заключение
- •При различных температурах [23, с. 444 - 446]
- •1 Пример расчета теплофизических характеристик газовой смеси при выполнении курсового проекта по теме
- •Перепада давления”
- •1.3 Вычисляются объемные доли компонентов газовой смеси по формуле:
- •2 Пример расчета теплофизических характеристик газовой смеси при выполнении курсового проекта по теме
- •Термоэлектрическими датчиками”
- •3 Пример расчета теплофизических характеристик газовой смеси при выполнении курсового проекта по теме
- •Манометрическим методом”
- •Оглавление
2.2 Расчет физических параметров газовой смеси
Для смеси газов понятие молярной массы является условным, поэтому для характеристики смеси пользуются условной величиной – кажущейся (средней) молярной массой газовой смеси:
.
Если смесь газов подчиняется уравнению состояния Клапейрона, то газовая постоянная смеси газов
.
Парциальные давления компонентов газовой смеси могут быть определены по следующим соотношениям
.
2.3 Расчет плотности и удельного объема газовой смеси
Расчет плотности и удельного объема ведется по формулам, справедливым для реальной газовой смеси
,
где 8,314- универсальная газовая постоянная.
.
2.4 Расчет фактора сжимаемости газовой смеси
Для газовой смеси расчет фактора сжимаемости может быть произведен по формуле
2.5 Расчет динамического и кинематического коэффициентов
вязкости газовой смеси
Для расчета динамического коэффициента вязкости газовой смеси используется следующая приближенная формула [20, c. 60]:
, (6)
где
Для смеси газов, составленной из четырех индивидуальных газов, из формулы (6) при = 4 имеем
,
где
Кинематический коэффициент вязкости газовой смеси определяется по формуле
.
2.6 Расчет коэффициента теплопроводности газовой смеси
Для расчета коэффициента теплопроводности газовых смесей, содержащих, в том числе, в своем составе азот, диоксид углерода, водяной пар и кислород, используется приближенная формула [20, с. 65], полученная на основе разложения строгого выражения молекулярно-кинетической теории для смеси газов:
, (7)
где
Относительная погрешность формулы (7) по сравнению с выражениями для коэффициента теплопроводности газовой смеси, полученными на основании строгой молекулярно-кинетической теории, не превышает 5 %.
Для смеси газов, составленной из четырех индивидуальных газов, из формулы (7) при = 4 имеем:
,
где
2.7 Расчет удельных теплоемкостей газовой смеси
Расчетные формулы для удельных изобарной и изохорной теплоемкостей газовой смеси получены в предположении, что газовая смесь составлена из идеальных газов [21, с. 33]:
;
.
2.8 Расчет коэффициента температуропроводности газовой смеси
Расчетная формула имеет вид:
.
2.9 Расчет числа Прандтля газовой смеси
Расчетная формула:
2.10. Расчет показателя адиабаты газовой смеси
Расчетная формула:
2.11. Расчет скорости звука в газовой смеси
Используется формула:
.
Следует иметь в виду, что данная формула справедлива для вычисления скорости звука в неподвижной газовой смеси.
3 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ЖИДКИХ И
ГАЗООБРАЗНЫХ ТОПЛИВ В ВОЗДУХЕ
3.1 Исходные данные для расчета
Состав продуктов сгорания топливных композиций (горючих) определяется применяемыми видами топлива и окислителя.
Для большинства практических задач представляют интерес топливные композиции, использующие в качестве окислителя атмосферный воздух, а в качестве топлива – природный газ, керосин, этиловый спирт и жидкий водород.
Как известно, атмосферный воздух, выступающий окислителем при горении, состоит из сложной смеси индивидуальных газов. Его составные части подразделяются на две основные группы – постоянные и переменные. К первой группе относятся кислород, азот, инертные газы (аргон, неон, криптон, гелий) и некоторые другие вещества в небольших количествах.
Содержание первой группы газов в объемных и массовых долях в сухом воздухе у поверхности земли приведены в таблице 2 по данным [22].
Таблица 2 - Объемные и массовые доли газов в сухом атмосферном воздухе
Наименование газа |
Объемная доля % |
Массовая доля % |
Принятая при расчетах массовая доля % |
Азот |
78,084 |
75,521 |
76,81 |
Кислород |
20,946 |
23,139 |
23,15 |
Аргон |
0,934 |
1,288 |
0,00 |
Диоксид углерода |
0,033 |
0,050 |
0,04 |
Неон, криптон, гелий и другие газы |
0,033 |
0,002 |
0,00 |
Ко второй группе газов относятся диоксид углерода и водяной пар, содержание которых в атмосферном воздухе колеблется от 0,02 % до 0,4 % и от 0,02 % до (4±1) % по объему соответственно.
При выполнении расчетов достаточно учитывать наличие в атмосферном воздухе четырех основных компонентов – азота , кислорода, водяного параи диоксида углерода. Инертные газы (аргон, неон, криптон, гелий и др.) можно отнести к азоту вследствие близости к нему их физических характеристик и малого содержания в атмосферном воздухе.
Таким образом, для проведения расчетов состав сухого воздуха (т. е. лишенного водяного пара) может быть принят в массовых долях следующий:
0,7681; 0,2315; 0,0004. (8)
Основной примесью к сухому воздуху является переменный компонент – водяной пар, находящийся в перегретом состоянии.
Смесь сухого воздуха с перегретым водяным паром называется влажным воздухом, характеризующимся, в частности, следующими взаимосвязанными показателями степени влажности воздуха - это абсолютная и относительная влажность и паросодержание.
Полагая, что перегретый водяной пар приближается по своим свойствам к газам, можно рассматривать влажный воздух как газовую смесь [23, с 113].
По закону Дальтона давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений:
,
где - давление влажного воздуха;
- парциальное давление сухого воздуха;
- парциальное давление водяного пара.
Равным образом можно записать
.
Основными характеристиками влажного воздуха являются абсолютная и относительная влажности.
Абсолютной влажностью , измеряемой в, называется масса перегретого водяного пара, содержащаяся в 1влажного воздуха, т. е.
.
Отношение абсолютной влажности влажного воздуха к максимально возможной при данной температуре воздуха, называется относительной влажностью :
,
где - плотность насыщенного водяного пара при данной температуре
влажного воздуха, .
Паросодержанием влажного воздуха называется отношение массы водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого воздуха:
,
где - газовая постоянная сухого воздуха;
- газовая постоянная водяного пара.
Следовательно, величина характеризует, в частности, массу водяного пара, приходящуюся на 1сухого или навлажного воздуха.
Тепловые процессы влажного воздуха имеют ряд особенностей и их можно разделить на:
- процессы, идущие без фазовых превращений, при этом относительная влажность и водяной пар в смеси находится в перегретом состоянии;
- процессы, идущие с фазовыми превращениями, насыщенный пар в этом случае конденсируется и .
Процессы, идущие при наличии фазового перехода, требуют специальной методики расчета и здесь не рассматриваются.
Относительная влажность и паросодержание влажного воздуха связаны следующим соотношением [21, с. 121]:
, (9)
где - абсолютное давление влажного воздуха,;
- давление насыщенного водяного пара при температуре
влажного воздуха, .
Если влажный воздух находится при атмосферном давлении, то для определения паросодержания по (9) необходимо знать относительную влажность атмосферного воздуха, атмосферное давление, температуру влажного воздуха и давление насыщенного пара, определяемого из таблиц свойств водяного пара (см. таблицу А.3) по величине температуры влажного воздуха.
Парциальное давление сухого воздуха можно определить из уравнения состояния
.
Парциальное давление водяного пара во влажном воздухе
.
Объемные доли сухого воздуха и водяного пара во влажном воздухе можно определить через их парциальные давления, т. е.
Массовые доли сухого воздуха и водяного пара во влажном воздухе можно определить через паросодержание:
Для каждой топливной композиции состав продуктов сгорания зависит от соотношения между окислителем и топливом, которое принято характеризовать коэффициентом избытка окислителя :
где - количество окислителя, необходимого теоретически для полного
сгорания 1 кг топлива;
- количество окислителя, действительно подводимого к 1 кг топлива.
При топливная смесь называется стехиометрической и весь углерод, содержащийся в топливе, превращается при горении в диоксид углерода, а весь водород – в водяной пар.
Другим важным параметром для расчета теплофизических характеристик продуктов сгорания является коэффициент , характеризующий соотношение масс окислителя и топлива при:
где и- массы соответственно окислителя и топлива в
стехиометрической топливной композиции, .
Параметр часто называют массовым (весовым) стехиометрическим коэффициентом соотношения компонентов горючего.
В таблице 3 приведены значения коэффициента соотношения различных топливных композиций, соответствующие составы в объемных и массовых долях продуктов сгорания топлив в сухом воздухе припо данным [22, с. 391 - 574].
Таблица 3 - Состав продуктов сгорания некоторых топлив
в сухом воздухе при
Топливо |
|
Содержание индивидуального газа в продуктах сгорания | |||||
Азот |
Диоксид углерода |
Водяной пар | |||||
Природный газ |
17,200 |
71,55 |
72,55 |
9,53 |
15,17 |
18,92 |
12,33 |
Керосин |
17,460 |
73,88 |
71,77 |
13,22 |
20,17 |
12,30 |
8,06 |
Этиловый спирт |
8,555 |
68,77 |
68,66 |
12,18 |
19,11 |
19,05 |
12,23 |
Водород |
34,300 |
65,33 |
74,54 |
0,03 |
0,05 |
34,64 |
25,41 |