Файл: Теоретические вопросы (13) Как определяют объём продуктов сгорания.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 249
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
где диаметр газовой струи в месте ее полного разворота, как показано на рис. 3.При центральной подаче газа (рис. 1, а) оптимальной считается глубина h проникновения струй газа в сносящий поток воздуха на величину 0,25( - ). При периферийной подаче газа (рис. 1, б) − на величину (0,15…0,25) . Диаметр газовыпускных отверстий может быть определен по формуле, мм: , где h глубина проникновения струи газа в поток воздуха, мм; экспериментальный коэффициент, учитывающий влияние относительного шага между отверстиями на размер h: при ,при ,при ,где S шаг между отверстиями; При расчетах необходимо предварительно задавать значение относительного шага , а потом его уточнять.Число отверстий n для выхода газа может быть найдено по формуле: , где коэффициент расхода для газовыпускных отверстий: для отверстий в тонкой стенке = 0,60…0,62; для отверстий в толстой стенке = 0,82. После нахождения числа n следует принять целое их число и уточнить значение диаметра отверстий для выхода газа .Подводящие газопроводы к горелкам проектируют на скорость движения газа:− при низком давлении газа в пределах от 10 до 12 м/с;− при среднем давлении газа в пределах от 25 до 30 м/с.Для обеспечения полного смешения газа с воздухом в горелке длина смесителя LCM (расстояние от газовыпускных отверстий до выходного сечения горелки) обычно принимается равной от 30 до 40 диаметров выходного отверстия для газа
.Диаметр выхода газовоздушной струи из кратера горелки может быть принят в пределах, м (1,07…1,1) . В прямоточных горелках (рис. 2) располагаемое полное избыточное давление воздуха перед горелкой может быть найдено по формуле, Па , где коэффициент запаса, учитывающий дополнительные потери давления воздуха за счет трения потока о стенки горелки, и сопротивления, связанного с вводом в поток газовых струй, и др. Ориентировочно при расчетах можно принимать =1,05…1,1; скорость газовой смеси в выходном сечении горелки (на выходе из кратера), которую можно определить из соотношения, м/с ; плотность газовоздушной смеси, определяемая по формуле, кг/м3 ; избыточное давление (или разрежение) в камере сгорания, Па; коэффициент аэродинамического сопротивления конфузора, который рассчитывается по формуле: ; угол сужения конфузора, имеющий значения обычно в пределах от 15° до 30°.При расчете турбулентных горелок следует обратить внимание на расчет воздушного тракта и завихрителей, расчет газовых струй и отверстий для их выхода, расчет необходимого давления газа и воздуха.ЗАДАЧИЗАДАЧА 1При образовании углекислоты СО2 из углерода Стверд и кислорода О2 при V=const и температуре Т=298 К тепловой эффект QV= - 393.51*10
6 Дж/кмоль. Определить тепловой эффект Qpреакции образования СО2.
Решение:Cтв + O2газ = CO2газ ΔН=ΔU+ΔvRT; Qp = Qv + ΔνRT. Δν = 1 моль + 1 моль = 2 моль; ΔνRT = 2 моль · 8,314 Дж · моль–1 · К–1 · 298 К = 4848 Дж; Qр,298 = –393,51 кДж + 4,85 кДж = –388,66 кДж.ЗАДАЧА 2Написать реакцию горения компонентов газового топлива. Бензола в кислороде.Решение:1. Записываем реакцию горения С6Н6 + О2 → СО2 + Н2О. 2. В молекуле бензола 6 атомов углерода, из них образуется 6 моле- кулы углекислого газа С6Н6 + О2 → 6СО2 + Н2О. 3. Атомов водорода в молекуле бензола 6, из них образуется 3 мо- лекулы воды С6Н6 + О2 → 6СО2 + 3Н2О. 4. Подсчитаем число атомов кислорода в правой части уравнения 6*2+1=135. В левой части уравнения также должно быть 13 атомов кислорода. Молекула кислорода состоит из двух атомов, следовательно, перед кислородом нужно поставить коэффициент 7,5, тогда С6Н6 + 7,5О2 = 6СО2 + 3Н2О, или 2С6Н6 + 15О2 = 12СО2 + 6Н2О.Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:С6Н6 + 7,5(О2 + 3,76N2) = 6СО2 + 3Н2О + 7,5×3,76N2ЗАДАЧА 3а) Определить нижний и верхний пределы воспламеняемости газа при наличии инертных примесей и без них (формулы (11), (12)).б) Определить максимальную скорость распространенеия пламени в трубке диаметром 25 мм.
Решение:Газ имеет следующий состав: СН4 - 98,7%; С2Н6 - 0,3%; С3Н8 - 0,1%; С4Н10 - 0,1%; СО2 -0,1%; N2 - 0,7%. Горючая часть газа составляет 100 - (0,1 + 0,7) = 99,2%.Состав горючей части без балластных примесей:СН4 = 98,7/99,2*100 = 99,49%; С2Н6 = 0,3/99,2*100 = 0,3%; С3Н8 = 0,1/99,2*100 = 0,1%; С4Н10 = 0,1/99,2*100 = 0,1%.Определяем пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси без балластных примесей по формуле:Lг =100/(
);где Lгн (в)-пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси;r1, r2 ...rn- содержание компонента в газовой смеси, %;l1,l2 ...ln- пределы воспламеняемости (верхний, нижний) отдельных компонентов.Lгн = 100/(99,49/5,3+0,3/3,22+0,1/2,37+0,1/1,86) = 5,28 об %;Lгв =100/(99,49/14+0,3/12,45+0,1/9,5+0,1/8,41) =13,98 об %;Пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси содержащей балластные примеси определяем по формуле:Lб = Lг 
;где Lбн (в)-пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси с примесями;Lгн (в)-пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси без примесей;δ- содержание балластных примесей в долях единицы;Lбн= 5,28 (1+0,8/(1+0,8)) / (100 + 5,28 (0,8/(1-0,8))) * 100 = 6,336 об %;Lбв= 13,98 (1+0,8/(1+0,8)) / (100+13,98 (0,8/(1-0,8))) * 100 = 12,582 об %;Горение сложных газов можно рассматривать как одновременное и независимое горение нескольких простых смесей индивидуальных газов с воздухом. Также, содержание горючих газов и воздуха таково, что в смеси, если бы она горела отдельно, пламя распространялось бы с такой же скоростью, какой она распространяется в сложной смеси.Исходя из вышесказанного определим величину скорости распространения пламени для смеси сложного газа с воздухом по формуле:W = L 
;
.Диаметр выхода газовоздушной струи из кратера горелки может быть принят в пределах, м (1,07…1,1) . В прямоточных горелках (рис. 2) располагаемое полное избыточное давление воздуха перед горелкой может быть найдено по формуле, Па , где коэффициент запаса, учитывающий дополнительные потери давления воздуха за счет трения потока о стенки горелки, и сопротивления, связанного с вводом в поток газовых струй, и др. Ориентировочно при расчетах можно принимать =1,05…1,1; скорость газовой смеси в выходном сечении горелки (на выходе из кратера), которую можно определить из соотношения, м/с ; плотность газовоздушной смеси, определяемая по формуле, кг/м3 ; избыточное давление (или разрежение) в камере сгорания, Па; коэффициент аэродинамического сопротивления конфузора, который рассчитывается по формуле: ; угол сужения конфузора, имеющий значения обычно в пределах от 15° до 30°.При расчете турбулентных горелок следует обратить внимание на расчет воздушного тракта и завихрителей, расчет газовых струй и отверстий для их выхода, расчет необходимого давления газа и воздуха.ЗАДАЧИЗАДАЧА 1При образовании углекислоты СО2 из углерода Стверд и кислорода О2 при V=const и температуре Т=298 К тепловой эффект QV= - 393.51*10
6 Дж/кмоль. Определить тепловой эффект Qpреакции образования СО2.
Решение:Cтв + O2газ = CO2газ ΔН=ΔU+ΔvRT; Qp = Qv + ΔνRT. Δν = 1 моль + 1 моль = 2 моль; ΔνRT = 2 моль · 8,314 Дж · моль–1 · К–1 · 298 К = 4848 Дж; Qр,298 = –393,51 кДж + 4,85 кДж = –388,66 кДж.ЗАДАЧА 2Написать реакцию горения компонентов газового топлива. Бензола в кислороде.Решение:1. Записываем реакцию горения С6Н6 + О2 → СО2 + Н2О. 2. В молекуле бензола 6 атомов углерода, из них образуется 6 моле- кулы углекислого газа С6Н6 + О2 → 6СО2 + Н2О. 3. Атомов водорода в молекуле бензола 6, из них образуется 3 мо- лекулы воды С6Н6 + О2 → 6СО2 + 3Н2О. 4. Подсчитаем число атомов кислорода в правой части уравнения 6*2+1=135. В левой части уравнения также должно быть 13 атомов кислорода. Молекула кислорода состоит из двух атомов, следовательно, перед кислородом нужно поставить коэффициент 7,5, тогда С6Н6 + 7,5О2 = 6СО2 + 3Н2О, или 2С6Н6 + 15О2 = 12СО2 + 6Н2О.Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:С6Н6 + 7,5(О2 + 3,76N2) = 6СО2 + 3Н2О + 7,5×3,76N2ЗАДАЧА 3а) Определить нижний и верхний пределы воспламеняемости газа при наличии инертных примесей и без них (формулы (11), (12)).б) Определить максимальную скорость распространенеия пламени в трубке диаметром 25 мм.
| Состав газа, % | ||||||
| СН4 | С2Н6 | С3Н8 | С4Н10 | С5Н12 | СО2 | N2 |
| 98.7 | 0.3 | 0.1 | 0.1 | - | 0.1 | 0.7 |
| Предел воспламеняемости ниж/верх (обог кис) | ||||||
| 5,3/14(60) | 3,22/12,45(50,5) | 2,37/9,5 (45,6) | 1,86/8,41 (40,1) | - | | |
| Смесь с максимальной скоростью распространения пламени, L, % газа в воздухе | ||||||
| 9,8 | 6,5 | 4,6 | 3,6 | | | |
| Максимальная скорость распространения пламени, W, м/сек | ||||||
| 0,67 | 0,85 | 0,82 | 0,82 | | | |
Решение:Газ имеет следующий состав: СН4 - 98,7%; С2Н6 - 0,3%; С3Н8 - 0,1%; С4Н10 - 0,1%; СО2 -0,1%; N2 - 0,7%. Горючая часть газа составляет 100 - (0,1 + 0,7) = 99,2%.Состав горючей части без балластных примесей:СН4 = 98,7/99,2*100 = 99,49%; С2Н6 = 0,3/99,2*100 = 0,3%; С3Н8 = 0,1/99,2*100 = 0,1%; С4Н10 = 0,1/99,2*100 = 0,1%.Определяем пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси без балластных примесей по формуле:Lг =100/(
);где Lгн (в)-пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси;r1, r2 ...rn- содержание компонента в газовой смеси, %;l1,l2 ...ln- пределы воспламеняемости (верхний, нижний) отдельных компонентов.Lгн = 100/(99,49/5,3+0,3/3,22+0,1/2,37+0,1/1,86) = 5,28 об %;Lгв =100/(99,49/14+0,3/12,45+0,1/9,5+0,1/8,41) =13,98 об %;Пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси содержащей балластные примеси определяем по формуле:Lб = Lг ;где Lбн (в)-пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси с примесями;Lгн (в)-пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси без примесей;δ- содержание балластных примесей в долях единицы;Lбн= 5,28 (1+0,8/(1+0,8)) / (100 + 5,28 (0,8/(1-0,8))) * 100 = 6,336 об %;Lбв= 13,98 (1+0,8/(1+0,8)) / (100+13,98 (0,8/(1-0,8))) * 100 = 12,582 об %;Горение сложных газов можно рассматривать как одновременное и независимое горение нескольких простых смесей индивидуальных газов с воздухом. Также, содержание горючих газов и воздуха таково, что в смеси, если бы она горела отдельно, пламя распространялось бы с такой же скоростью, какой она распространяется в сложной смеси.Исходя из вышесказанного определим величину скорости распространения пламени для смеси сложного газа с воздухом по формуле:W = L ;