- •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 Пример расчета теплофизических характеристик газовой смеси при выполнении курсового проекта по теме
”Измерение нестационарных температур газовых потоков
Термоэлектрическими датчиками”
Исходные данные
Измеряемая среда: Продукты сгорания керосина во влажном атмосферном воздухе с относительной влажностью и температурой
Коэффициент избытка окислителя .
Рабочие значения параметров продуктов сгорания:
- температура смеси ;
- абсолютное давление смеси .
Для построения математической модели термоэлектрического датчика температуры, предназначенного для измерения нестационарных температур газовых потоков, требуется рассчитать тепловые сопротивления между некоторыми элементами датчика и газовым потоком. Формулы тепловых сопротивлений содержат коэффициенты теплообмена, которые, в свою очередь, зависят от теплофизических параметров газового потока.
Из [7], в частности, следует, что для расчета коэффициентов теплообмена требуется определить, по крайней мере, следующие теплофизические характеристики газового потока (продуктов сгорания):
- плотность продуктов сгорания в ;
- динамическую вязкость продуктов сгорания в ;
- кинематическую вязкость продуктов сгорания в ;
- коэффициент теплопроводности продуктов сгорания
в ;
- удельную изобарную теплоемкость продуктов сгорания
в ;
- коэффициент температуропроводности продуктов сгорания
в .
Расчет указанных теплофизических характеристик может быть произведен в следующей последовательности.
2.1 Определяется давление насыщенного пара во влажном атмосферном воздухе с давлениеми заданной температурой по таблице А.3.
При и
.
2.2 Вычисляется паросодержание по формуле
2.3 Из таблицы 3 определяется массовый стехиометрический коэффициент и массовые доли,икомпонентов продуктов сгорания керосина в сухом воздухе при=1:
= 17,46 ;
= 0,7177;
= 0,2017;
= 0,0806.
2.4 Вычисляются массовые доли ,икомпонентов продуктов сгорания во влажном воздухе при= 1:
где
После подстановки имеем:
Проверяется условие (3):
2.5 Вычисляются массовые доли ,,ивлажного воздуха по соотношениям:
Проверяется условие (3):
2.6 Вычисляются массовые доли ,,ипродуктов сгорания керосина во влажном воздухе при= 3 по формулам:
Проверяется условие (3):
2.7 Вычисляется кажущаяся (средняя) молярная масса продуктов сгорания:
2.8 Вычисляются объемные (молярные) доли компонентов в продуктах сгорания:
Проверяется условие (4):
2.9 Вычисляются парциальные давления компонентов продуктов сгорания по формуле (5) с точностью до двух знаков после запятой:
После подстановки имеем:
2.10 По данным справочника [17] составляются таблицы из близлежащих по температуре и давлению ТФХ компонентов продуктов сгорания для проведения интерполяции.
Таблица Б.9 - Теплофизические характеристики азота
при температуре
-
1,0
1,0035
1168
410,2
0,0675
5,0
1,0175
1172
411,2
0,0680
Таблица Б.10 - Теплофизические характеристики диоксида углерода
при температуре
-
0,1
1,0002
1234
409,6
0,0674
1,0
1,0020
1236
410,3
0,0675
Таблица Б.11 – Теплофизические характеристики водяного пара
при температуре
-
0,1
0,9997
2290
379,8
0,0976
1,0
0,9974
2302
380,4
0,0978
Таблица Б.12 - Теплофизические характеристики кислорода
при температуре
-
0,1
1,0003
1089
487,7
0,0736
1,0
1,0026
1090
487,9
0,0737
2.11 С помощью интерполяционных формул и данных из таблиц Б.9 – Б.12 вычисляются ТФХ компонентов продуктов сгорания и сводятся в таблицу Б.13.
Для удобства пользования составленной таблицей и проведения дальнейших расчетов каждому компоненту может быть присвоен свой номер, а физические константы и ТФХ компонентов следует при этом проиндексировать соответствующими номерами.
Формула линейной одномерной интерполяции в этом случае примет вид:
где - значение искомой ТФХ компонента продуктов сгорания при
парциальном давлении ();
- ближайшее меньшее табличное значение давления;
- ближайшее большее табличное значение давления;
- табличное значение ТФХ при давлении ;
- табличное значение ТФХ при давлении .
Таблица Б.13 - Теплофизические характеристики компонентов продуктов
сгорания при температуре и соответствующих
парциальных давлениях
, номер компо- нента |
Компо- нент продук- тов сго- рания |
Объем- ная доля
|
, |
Парциа- льное давление | ||||
1 |
0,75965 |
28,013 |
1,90 |
1,0066 |
1169 |
410,4 |
0,0676 | |
2 |
0,04346 |
44,011 |
0,11 |
1,0002 |
1234 |
409,6 |
0,0674 | |
3 |
0,06031 |
18,015 |
0,15 |
0,9992 |
2291 |
380,0 |
0,0976 | |
4 |
0,13658 |
32,000 |
0,34 |
1,0009 |
1089 |
487,8 |
0,0736 |
2.12 Вычисляется фактор сжимаемости продуктов сгорания:
2.13 Вычисляется плотность продуктов сгорания:
2.14 Вычисляется динамический коэффициент вязкости продуктов сгорания в последовательности, приведенной в пункте 1.9 предыдущего примера расчета ТФХ газовой смеси.
В итоге коэффициент динамической вязкости продуктов сгорания равен:
2.15 Вычисляется коэффициент кинематической вязкости продуктов сгорания по формуле:
После подстановки имеем
2.16 Вычисляется коэффициент теплопроводности продуктов сгорания по формуле
где
В принятых индексах формула примет вид:
где
Коэффициенты имеют вид:
…………………………………………………………………………………….
После подстановки числовых значений входящих величин коэффициенты принимают значения, которые сведены в таблицу Б.14.
Таблица Б.14 - Значения коэффициентов
Индекс |
| ||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
| |||||
Индекс |
1 |
1 |
1,04241 |
0,86878 |
0,95912 | ||||
2 |
1,02401 |
1 |
0,88446 |
0,97489 | |||||
3 |
1,27110 |
1,51008 |
1 |
1,25602 | |||||
4 |
1,04812 |
1,06473 |
0,90989 |
1 |
При рассчитанных коэффициентах и объемных доляхвычисляются комплексы,результирующие значения которых приведены в таблице Б.15.
Таблица Б.15 - Значения комплексов
0,98834 |
1,00784 |
1.26307 |
1,03393 |
В итоге коэффициент теплопроводности продуктов сгорания равен:
2.17 Вычисляется удельная изобарная теплоемкость продуктов сгорания по формуле:
После подстановки в формулу удельная изобарная теплоемкость продуктов сгорания равна
2.18 Вычисляется коэффициент температуропроводности продуктов сгорания по формуле:
После подстановку в формулу значений имеем
В итоге теплофизические характеристики продуктов сгорания равны:
= 8,57 - плотность продуктов сгорания;
= 420,0 · 10-7 - динамическая вязкость продуктов сгорания;
= 49,01 · 10-7 - кинематическая вязкость продуктов сгорания;
= 0,0692 - коэффициент теплопроводности
продуктов сгорания;
= 1204- удельная изобарная теплоемкость
продуктов сгорания;
= 67,12·10-7 - коэффициент температуропроводности
продуктов сгорания.