Физико-химические основы горения топлива

l=l_о∙(Т_о/T_А)^0,5    

Для определения l_о используется формула Масона-Саксена:

 
где: l_m-коэффициент теплопроводности m-го компонента смеси;

r_m, r_j - объемные доли m-го и j-го компонентов смеси;

 

где : m_rj, m_rm - молекулярные массы j-го и m-го компонентов смеси;

h_j, h_m - коэффициенты динамической вязкости j-го и m-го компонентов смеси.

Значения m, h и l приводятся в справочной литературе.

Расчёт lо ведётся по программе Microsoft Exel

l_о=0,026 Вт/(м²К)

Так как коэффициент  теплопроводности зависит от температуры, то l для процессов с постоянными объемом и давлением определяется по формуле:

l= l_о*(T_о/Т_А)^0,5,

При постоянном давлении Р=const:

При постоянном объёме V=const:

 

 

 

 

 

 

5.2 Определение  фиктивного коэффициента теплоотдачи.

 

Фиктивный коэффициент теплоотдачи a определяется по формуле: 

 

a=4∙l/R₀,     

где: l - коэффициент теплопроводности газовой смеси

R₀ - радиус сосуда в котором находится данная смесь

при постоянном давлении

при постоянном объёме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчёт  пределов распространения пламени  горючей смеси с 

учётом  химической  кинетики и реакции горения.

 

Верхним и нижним концентрационным пределом распространения пламени называется максимальное и минимальное содержание горючего в его смеси с окислителем, при котором возможно распространение пламени в смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Минимальное флегматизирующее содержание индивидуальных инертных компонентов, определяется по формуле:

 

где: стандартная теплота образования горючей части газа, при 25 ⁰С, кДж/моль

т_с, т_н, т_о-число атомов углерода, водорода и кислорода в условной формуле горючей части газа.

Количество  С в горючей смеси: 1+2+3+4+5=15

Количество  Н в горючей смеси: 4+5+8+10+12+2=42

Число атомов углерода в условной формуле горючей части  газа, определяется по формуле:

где: С_пр,, с_пр, С_непр, с_непр Н_пр,, н_пр, Н_непр, н_непр -число атомов углерода, водорода и количество предельных и непредельных углеводородов.

С_гор- сумма горючих компонентов

Стандартная теплота  образования горючей части газа, при 25 ⁰С, кДж/моль, определяется по формуле:

где: -теплота образования и количество предельных и непредельных углеводородов.

Минимальное флегматизирующее содержание всех инертных компонентов, находящихся в газе, определяется по формуле:

 

где: минимальное флегматизирующее содержание индивидуальных инертных компонентов, %

К_ф-коэффициент флегматизации

Коэффициент флегматизации  определяется по формуле:

где:  , - коэффициенты флегматизации;

, – минимальное флегматизирующее содержание индивидуальных инертных компонентов, %

Коэффициенты  флегматизации минимальное содержание индивидуальных инертных компонентов определяются по формулам:

  

Значения коэффициентов  Аи В находятся по формулам:

где: Н₂, СО, С_пр, С_непр, N₂, СО₂, Н₂О и О₂ –  объёмные доли газов, предельных и непредельных углеводородов в смеси, %; С_гор – сумма горючих компонентов, %;

, , , , , , , –  соответственно, нижний и верхний пределы распространения пламени газов;

 К_ф и f_ф - коэффициент флегматизации и минимальное флегматизирующее содержание всех инертных компонентов, находящихся в газе; Δ - поправка, учитывающая содержание кислорода в газе, %.

Δ – поправка, учитывающая содержание кислорода в газе, %.

Δ=0, т.к О₂=0

Пределы распространения  пламени определяются следующими соотношениями:

т.к. температура  газовоздушной среды отлична от 25⁰С, то нижний и верхний пределы распространения пламени рассчитывают по формулам:

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчёт  процессов распространения пламени.

 

Интенсивность процесса распространения пламени  в неподвижных или ламинарно движущихся горючих смесях характеризуется нормальной скоростью распространения пламени и массовой скоростью горения.

1. Нормальная  скорость распространения пламени  и_n-линейная скорость перемещения элементов фронта пламени относительно свежей смеси в направлении нормали к ним.

Нормальная  скорость распространения пламени, определяется по формуле:

,

где: А-безразмерный коэффициент, который зависит от начальной температуры смеси, температуры  горения и кинетики реакции горения;

а_см - температуропроводность смеси

-время химической реакции  во фронте пламени.

Расчёт нормальной скорости по данному соотношению  затруднён, поэтому значения и_р определяют эксперементально.

2. Массовая скорость  горения и_м- количество горючей смеси сгорающую в единицу времени на единице поверхности фронта пламени.

Массовая скорость горения и_м , определяется по формуле:

,

где: плотность горючей смеси.

Плотность смеси определяется по формуле:

       _n

ρ_см=0,01∑ V_iρ_i ,        

         ⁱ⁼¹

где: V_i – объем газа, %

n- количество компонентов

-плотность отдельных компонентов

ρ_см=0,01∙ (84,41∙0,717+6,72∙1,356+1,77∙2,019+0,43∙2,702+0,27∙1,977+

+0,36∙1,251)=0,75 кг/м³

Для газообразных горючих смесей, состоящих из родственных  компонентов, нормальная скорость подчиняется  закону аддитивности. Её максимальное значение для конкретной горючей смеси определяется формулой:

 

где: -максимальные скорости для нормального горения для газовоздушных смесей каждого из компонентов горючего.

Z_i-объёмные процентные содержания в сложной газовоздушной смеси простых (двойных) смесей с составом, соответствующим для каждой смеси, %

где: r_i-объёмное содержание горючих газов в сложном несбалансированном газе;

объёмные процентные содержания горючих компонентов в простых газовоздушных смесях, соответствующие ,%

объёмное процентное содержание сложного газа в газовоздушной смеси, %

Объёмное процентное содержание сложного газа в газовоздушной смеси, определяется по формуле:

Если в газе содержится балласта более 5%, то вводится поправка:

где: N₂, СО₂-процентные содержания азота и диаксида углерода в горючем газе, %

Балласт: N₂+CО₂=2,59+0,28=2,87%<5%, поправка не вводится.

8. Список  используемой литературы.

 

1. Методическое  пособие “Последовательность расчётного определения параметров самовоспламенения природного газа” В. Н. Диденко, Ижевск, 1996 г.

2. Методическое пособие “Воспламенение природных газов (основное положения)” В. Н. Диденко, Ижевск, 1996 г.

3. Методическое  пособие ”Определение состава продуктов полного сгорания топлива” В. Н. Диденко.

4. Ионин В.  А. “Газоснабжение”, М., Стройиздат, 1989 г.

5. Методическое пособие “Расчет состава и температуры продуктов сгорания природного газа с учетом диссоциаций”. Ижевск ИжГТУ 1998 г.