Определение параметров горения твердого топлива

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - освоение методики теоретического определения параметров горения твердого топлива: скорости горения, ширины зоны газификации, эффективного значения коэффициента теплоотдачи от газа к поверхности горения, коэффициента зависимости массовой скорости горения от давления, термохимической константы топлива.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.Значения температуры поверхности горения заряда T_S в зависимости от величины давления продуктов сгорания р (таблица 1)

Таблица 1 – Зависимость T_S(р)

Наименование параметра	Давление, МПа
	0,3	1,0	4,4	7,12
Температура поверхности горения, К	756	808	890	924

2.Характеристики топлива

• химическая константа, , м/с - 0,87510²;

• энергия активации, Е_S, Дж/моль - 1,3410⁵;

• универсальная газовая постоянная, R, - 8,314;

• температура зоны горения, Т₁, К -1085;

• коэффициент теплопроводности газа, _Г, -0,167;

• коэффициент теплопроводности

топлива, _Т, -0,167;

• средняя теплоемкость продуктов зоны

газификации, с_Р, - 1,410³;

• теплоемкость топлива, с_Т, - 1,410³;

• плотность топлива, , кг/м³ -1600;

• тепло, выделяемое в топливе при

химических реакциях, Q_S, - 585.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Для оценки ширины зоны газификации х₁ используется предположение о том, что, тепловыделение в зоне газификации из-за химических реакций локализуется в сравнительно узком слое на границе с подготовительной зоной. Тогда для остальных слоёв зоны газификации, толщина которых определяет её протяженность, уравнение теплопроводности запишется в виде

,

где k_c – коэффициент, учитывающий выделение тепла в рассматриваемой зоне газификации, k_c 1;

- коэффициент температуропроводности газа;

u – линейная скорость горения.

Температурное поле зоны газификации определится выражением

,

где С₁, С₂ – константы интегрирования;

;

– массовая скорость горения.

Находя значения констант интегрирования из условий

при х=х₁ T_г=T_S;

при х=0 Т_г=Т₁,

и, подставляя значения констант интегрирования в исходное уравнение, получим зависимость Т_г(х).

Найдем производную

.

Распределение температур по толщине топлива имеет вид

,

где Т_Н – начальная температура заряда.

Отсюда

.

Уравнение энергетического баланса для поверхности топлива при стационарном горении можно записать в следующем виде:

.

Подставляя выражение для , получим

.

Сумма представляет температуру, которая установилась бы на поверхности горения за счет выделения тепла в твердой фазе при отсутствии подвода тепла извне. Значение составляет =700К.

Тогда

.

Приравнивая значения производных , получим

.

Раскрывая значение _Г и учитывая, что значения с_Р с_Т, толщина зоны газификации определится зависимостью

. (1)

Эффективное значение коэффициента теплоотдачи от газа и поверхности горения заряда определяется выражением

.

Подставляя значение производной , последнее уравнение преобразуется к виду

. (2)

Аналитическая зависимость массовой скорости горения твердого топлива от давления имеет вид

. (3)

Исходным уравнением для определения термохимической константы топлива является выражение для массовой скорости горения

.

Представляя начальную температуру заряда Т_Н в виде

Т_Н=(Т_Н-T_H,N)+T_H,N,

где T_H,N – начальная температура заряда, принимаемая за нормальную, и вводя обозначение

, (4)

получим

.

Учитывая, что при постоянном давлении T_S и имеют фиксированные значения, изменение массовой скорости горения топлива относительно нормальной температуры заряда составит

.

Полученная теоретическая зависимость совпадает с эмпирической формулой.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.По данным таблицы 1 определить значение линейной скорости горения при различных давлениях по зависимости

.

2.Определить значение массовой скорости горения

.

3.Определить ширину зоны газификации по зависимости (1).

4.Определить эффективное значение коэффициента теплоотдачи от газа и поверхности заряда по выражению (2).

5.Определить коэффициент зависимости массовой скорости горения от давления по соотношению (3).

6.Определить значение термохимической константы топлива по зависимости (4).

7.Результаты вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты расчета

Наименование параметра	Давление, МПа
	0,3	1,0	4,4	7,12
Скорость горения, м/с
Массовая скорость горения, кг/м2с
Толщина зоны газификации, м
Эффективный коэффициент теплоотдачи,
Коэффициент зависимости скорости горения от давления
Термохимическая константа, К

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7