Физико-химические основы горения
Федеральное
агентство по образованию Российской Федерации
Государственное
Образовательное Учреждение
Высшего
Профессионального Образования
Ижевский
Государственный Технический Университет
Кафедра
"ТГУиГ"
Курсовая
работа
"Физико-химические
основы горения"
г
Содержание
. Исходные данные
2. Определение состава продуктов
полного сгорания газа
3. Определение адиабатной
температуры горения газовой смеси при
постоянном объеме и при постоянном давлении
4. Определение кинетических констант
реакции самовоспламенения природного газа при
постоянном давлении и постоянном объеме
5. Определение параметров
самовоспламенения природного газа в адиабатных условиях
.1 Определение параметров
самовоспламенения природного газа в адиабатных условиях
при
постоянном объме
.2 Определение параметров
самовоспламенения природного газа в адиабатных условиях
при
постоянном давлении
. Определение параметров
самовоспламенения природного газа в неадиабатных условиях
6.1 Расчет
фиктивного коэффициента теплоотдачи газовой смеси
.2 Расчет эффективного коэффициента
теплопроводности газовой смеси
7. Расчет пределов воспламенения
газовой смеси с учетом кинетики реакции горения
. Расчет нормальной скорости горения
газовой смеси
Заключение
Список литературы
сгорание газ адиабатный
самовоспламенение
1. Исходные данные
Состав сухого по объему природного газа в %
объемной доли:
CH4
= 90,17%
C2H6
= 4,38%
C3H8
= 1,89%
C4H10
= 1,45%5H12 = 0,16%2S
= 0,00%
CO2
= 0,24%
N2
= 1,71%
Влагосодержание топлива: dт=0,01
кг/м3;
Влагосодержание воздуха dв = 0,015
кг/м3;
Коэффициент избытка воздуха: αв
= 1,05;
Температура смеси Т0=300 К;
Давление смеси р0 = 101,3 кПа;
Высота топки H=4000
мм;
Диаметр топки D=3000 мм;
2. Определение состава продуктов полного
сгорания топлива
Теоретическое количество кислорода, необходимое
для сгорания 1 м3 газа, м3/ м3:
где: H2S
- процентное содержание соответствующего газа 1м3 в газовой смеси;
СпНт - процентное
соотношение i-го углеводорода;
m, n
- количество, соответственно, атомов углерода и водорода химической формуле
углеводорода.
= 0,01*[((1+0,25*4)*90,17+(2+0,25*6)*4,38+
(3+0,25*8)*1,89+(4+0,25*10)*1,45+(5+0,25*12)*0,16)+1,5*0,00]=2,158
м3/ м3
Количество воздуха, теоритически необходимое для
полного сгорания 1 м3 газа, м3/ м3:
Количество двуокиси углерода, образующейся при
полном сгорании 1 м3 газа, м3/ м3:
=0,01*[(1)*90,17+(2)*4,38+
(3)*1,89+(4)*1,45+(5)*0,16+0,24]=1.11 м3/
м3
где: С02, - процентное содержание
соответствующего газа 1м3 в газовой смеси.
Количество сернистого газа, образующемся при
сгорании 1 м3 газа, м3/ м3:
Количество водяных паров, образующихся при
сгорании 1м3 газа:
=0,01*(0,5*(4*90,17+6*4,38+8*1,89+10*1,45+12*0,16)+1,24*(0,01+1*10,27*0,15))=2.305
где: dВ,
dТ
- влагосодержание топлива и воздуха соответственно (кг/м3).
Количество кислорода, входящего в состав
продуктов сгорания газа (при αВ
= 1,05):
Количество азота, образующегося при сгорании 1м3
газа (при αВ
= 1,05):
где: N2Т - процентное содержание
азота в газовой смеси.
Полный объем продуктов сгорания, м3/
м3:
VГ
=9,25 + 2,30 = 12,07 м3/ м3:
Определение объема сухих продуктов сгорания,
образующихся при сгорании 1 м3 газа, м3/ м3:
VСУХ
= 1,11 + 0,00 + 8,54 + 0,107 = 9,76 м3/ м3
Результаты определения состава продуктов
сгорания 1 м3 природного газа сводятся в таблицу 1.
Таблица 2.1. состава продуктов сгорания 1 м3
природного газа.
|
αв
|
Выход
продуктов сгорания, куб.м
|
Vсух
|
Vг
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
αв=1
|
1,11
|
0,00
|
8,13
|
0,00
|
2,30
|
9,23
|
11,49
|
|
αв=1,05
|
1,11
|
0,00
|
8,54
|
0,11
|
2,31
|
9,76
|
12,07
|
Для проверки результатов вычислений выполняется
расчет состава продуктов полного сгорания природных газов. Результаты расчета
сводятся в таблицу 2.
Таблица 2.2. Состава продуктов полного сгорания
природных газов.
3. Определение адиабатной температуры горения
газовой смеси при постоянном объеме и при постоянном давлении
Расчет адиабатной температуры горения Та
производится по известному составу продуктов сгорания газовой смеси, ºС:
где: Qн
- низшая теплота сгорания 1 м3 природного газа, определяема как
теплота сгорания при 0,101325 МПа и 0ºС
без учета теплоты конденсации водяных паров, МДж/м3 (см. таблицу
3.1);
ТТ, ТВ - начальное
значение температур соответственно газообразного топлива и воздуха, из
начального условия известно, что при подачи газ и воздух смешиваются до
температуры 300 К (значения ТВ и ТТ в формулу необходимо
подставить в 
ºС,
при этом ТВ = ТТ = 300-273=27 ºС);
ri,
СVi
- соответственно объемная доля и средняя в диапазоне 0…ТТ изохорная
объемная теплоемкость i-го
компонента природного газа, включая балласт;
rj,
СVj
- соответственно количество и средняя в диапазоне 0… Та изохорная
объемная теплоемкость j-го
компонента продуктов сгорания газовоздушной смеси;
СVВ
- средняя изохорная объемная теплоемкость воздуха в диапозоне температур 0…ТВ.
Внутренняя энергия продуктов сгорания 1 м3
топлива с участием αВVO
м3 воздуха определяется по формуле:
где: QНi
- низшая теплота сгорания i-го
компонента (простого газа), входящего в состав топлива. В таблице приведены
значения QНi
для горючих компонентов природного газа.
Таблица 3.1. Значения QНi
для горючих компонентов природного газа
|
Газ
|
СН4
|
С2Н6
|
С3Н8
|
С4Н10
|
С5Н12
|
Н2S
|
|
Qн,
МДж/м3
|
35,82
|
63,75
|
91,4
|
118
|
146
|
23,65
|
Значение ТА, необходимое для
вычисления Сpj,
заранее неизвестно, поэтом ТА определяют методом последовательных
приближений. Температуру находим графо-аналитическим методом. Для этого
задаемся рядом значений температуры ТАv(p),
близким к предполагаемым. По таблице средних объемных теплоемкостей газов для
каждой ТАv(p)
определяются Сp(v)j
далее по формуле (2.1) подсчитываются соответствующие значения ТА.
Строится график зависемости ТА = ТА(ТАv(p)).
Истинное значение ТА находим как точку пересечения полученной кривой
с прямой ТА = ТАv(p).
Для определения адиабатных температур была
составлена программа на Microsoft
Excel, фрагменты которой
приведены ниже.
Таблица 3.2. Средние в диапозоне от -30 до +50°С
значения объемной теплоемкости и показателя адиабаты простых газов
|
Газ
|
СН4
|
С2Н6
|
С3Н8
|
С4Н10
|
С5Н12
|
N2
|
CO2
|
H2S
|
H2O
|
Воздух
|
|
Сv
|
1,177
|
1,837
|
2,675
|
3,883
|
4,76
|
0,923
|
1,232
|
1,135
|
1,124
|
0,926
|
|
Ср
|
1,55
|
2,212
|
3,05
|
4,31
|
5,133
|
1,294
|
1,601
|
1,508
|
1,494
|
1,297
|
Таблица 3.3. Средние объемные теплоемкости
продуктов сгорания природного газа, кДж/м3К.
|
Газ,
теплоемкость
|
Температура,
°С
|
|
800
|
1000
|
1200
|
1400
|
1600
|
1800
|
2000
|
2200
|
2400
|
2600
|
|
СО2
|
Ср
|
2,131
|
2,204
|
2,264
|
2,314
|
2,355
|
2,392
|
2,42
|
2,448
|
2,476
|
2,504
|
|
Сv
|
1,76
|
1,833
|
1,893
|
1,943
|
1,985
|
2,02
|
2,051
|
2,082
|
2,113
|
2,144
|
|
Н2О
|
Ср
|
1,668
|
1,723
|
1,777
|
1,828
|
1,876
|
1,921
|
1,963
|
2,005
|
2,047
|
2,089
|
|
Сv
|
1,297
|
1,352
|
1,406
|
1,457
|
1,505
|
1,55
|
1,592
|
1,634
|
1,676
|
1,718
|
|
N2
|
Ср
|
1,372
|
1,397
|
1,42
|
1,441
|
1,459
|
1,475
|
1,489
|
1,503
|
1,517
|
1,531
|
|
Сv
|
1,001
|
1,018
|
1,049
|
1,07
|
1,088
|
1,104
|
1,118
|
1,132
|
1,146
|
1,16
|
|
О2
|
Ср
|
1,45
|
1,478
|
1,5
|
1,52
|
1,538
|
1,554
|
1,569
|
1,584
|
1,599
|
1,614
|
|
Сv
|
1,079
|
1,107
|
1,13
|
1,149
|
1,167
|
1,183
|
1,198
|
1,213
|
1,228
|
1,243
|
|
SO2
|
Ср
|
2,181
|
2,236
|
2,278
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сv
|
1,813
|
1,867
|
1,905
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение адиабатной температуры горения
газовой смеси при постоянном объеме:
Таблица 3.4. Определеие ΣriCi
при постоянном объеме.
|
Газ
|
СН4
|
С2Н6
|
С3Н8
|
С4Н10
|
С5Н12
|
N2
|
CO2
|
H2S
|
ΣriCi
|
|
riCi
|
1,061
|
0,080
|
0,051
|
0,056
|
0,008
|
0,016
|
0,003
|
0,000
|
1,275
|
Таблица 3.5. Определение ΣVjCj
при постоянном объеме.
|
Газ,
теплоемкость
|
Температура,
°С
|
|
800
|
1000
|
1200
|
1400
|
1600
|
1800
|
2000
|
2200
|
2400
|
2600
|
|
СО2
|
VjCj
|
1,961
|
2,043
|
2,110
|
2,165
|
2,212
|
2,251
|
2,286
|
2,320
|
2,355
|
2,389
|
|
Н2О
|
VjCj
|
2,990
|
3,117
|
3,242
|
3,359
|
3,470
|
3,574
|
3,670
|
3,767
|
3,864
|
3,961
|
|
N2
|
VjCj
|
8,692
|
8,957
|
9,136
|
9,290
|
9,427
|
9,546
|
9,666
|
9,785
|
9,905
|
|
О2
|
VjCj
|
0,116
|
0,119
|
0,122
|
0,124
|
0,126
|
0,128
|
0,129
|
0,131
|
0,132
|
0,134
|
|
SO2
|
VjCj
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
|
ΣVjCj
|
13,615
|
13,972
|
14,430
|
14,785
|
15,098
|
15,379
|
15,632
|
15,884
|
16,137
|
16,389
|
Таблица 3.6. Расчет адиабатной температуры
горения Та при постоянном объеме, °С.
График 1. Определение адиабатной температуры
горения газовой смеси при постоянном объеме.
Адиабатная температура горения газовой смеси при
постоянном объеме ТА(v)
= 24180С = 2691 К.
Определение адиабатной температуры горения
газовой смеси при постоянном давлении:
Таблица 3.7. Определеие ΣriCi
при
постоянном давлении.
|
Газ
|
СН4
|
С2Н6
|
С3Н8
|
С4Н10
|
С5Н12
|
N2
|
CO2
|
H2S
|
ΣriCi
|
|
riCi
|
1,398
|
0,097
|
0,058
|
0,062
|
0,008
|
0,022
|
0,004
|
0,000
|
1,649
|
Таблица 3.8. Определение ΣVjCj
при
постоянном давлении.
|
Газ,
теплоемкость
|
Температура,
°С
|
|
800
|
1000
|
1200
|
1400
|
1600
|
1800
|
2000
|
2200
|
2400
|
2600
|
|
СО2
|
VjCj
|
2,375
|
2,456
|
2,523
|
2,579
|
2,624
|
2,666
|
2,697
|
2,73
|
2,759
|
2,79
|
|
Н2О
|
VjCj
|
3,846
|
3,972
|
4,097
|
4,215
|
4,325
|
4,429
|
4,526
|
4,62
|
4,719
|
4,82
|
|
N2
|
VjCj
|
11,715
|
11,929
|
12,125
|
12,304
|
12,458
|
12,595
|
12,714
|
12,83
|
12,953
|
13,07
|
|
О2
|
VjCj
|
0,156
|
0,159
|
0,162
|
0,164
|
0,166
|
0,168
|
0,169
|
0,17
|
0,172
|
0,174
|
|
SO2
|
VjCj
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
0,000
|
|
ΣVjCj
|
18,092
|
18,517
|
18,907
|
19,262
|
19,574
|
19,857
|
20,106
|
20,355
|
20,604
|
20,854
|
Таблица 3.9. Расчет адиабатной температуры
горения Та при постоянном давлениие, °С.
График 2. Определение адиабатной температуры
горения газовой смеси при постоянном давлении.
ТА(v)
= 1950 ºС = 2223,00
К.
4. Определение кинетических констант. Реакции
воспламенения природного газа при постоянном давлении и постоянном объеме
Для определения значения предэкспонента К0
для изохорного и изобарного процесса используется следующая формула формула:
где: R
- универсальная газовая постоянная, кДж/мольК;
То - начальная температура смеси, К;
Е - эффективная энергия активации реакции метана
в смеси с воздухом перед воспламенением, принимается равной 124024 кДж/моль;
ТА - адиабатная температура горения
газовой смеси при постоянном объеме или постоянном давлении, К.
Получаем:
при постоянном объеме:
- при постоянном давлении:
5. Расчет параметров самовоспламенения
природного газа в адиабатных условиях
Данный расчет выполняется в безразмерных
величинах с последующим переводом результатов в размерный вид.
Используемые
безразмерные величины: Безразмерная
температура:
;
· Безразмерная концентрация:
;
· Критерий Аррениуса (мера реакционной
способности смеси):
;
· Безразмерное время:
.
.1 Определение основных параметров адиабатного
воспламенения и горения газовой смеси при постоянном объеме
Определим безразмерную температуру:
Определим критерий Аррениуса:
;
Определим безразмерное время индукции
адиабатного теплового воспламенения:
Определим температуру воспламенения (в ммент ζад):
Определим температуру в точке максимума
тпловыделения θ*:
Переводим безразмерные температуры в размерный
вид:
5.2 Определение основных параметров адиабатного
воспламенения и горения газовой смеси при постоянном давлении
Определим безразмерную температуру:
Определим критерий Аррениуса:
;
Определим безразмерное время индукции
адиабатного теплового воспламенения:
Определим температуру воспламенения (в ммент ζад):
Определим температуру в точке максимума
тпловыделения θ*:
Переводим безразмерные температуры в размерный
вид:
6. Расчет параметров самовоспламенения
природного газа в неадиабатных условиях
6.1 Определение фиктивного коэффициента
теплопроводности газовой смеси
Зависемость коэффициента теплопроводности от
температуры смеси выражается формулой Сазерленда, однако при при достижении
достаточно высоких температур, условно можно принять:
Для определения λ0
можно использовать приближенную формулу Масона-Саксена:
где: λm
- коэффициент теплопроводности m-го
компонента смеси;
rm,
rj - объемные доли m-го
и j-го компонентов
смиси.
где: μrj,
μrm
- молекулярные массы j-го
и m-го компонентов
смес;
ηj,
ηm
- коэффиценты динамической вязкости j-го
и m-го компонентов
смеси.
Значения μ, η, и
λ
приводится
в справочной литературе.
Для определения λ0
была составлена программа на Microsoft
Excel, фрагменты котрой
приведены ниже.
Таблица 6.1. Коэффициенты к таблице 6.3.
|
G/m
|
m1
|
m2
|
m3
|
m4
|
m5
|
m6
|
m7
|
m8
|
|
G1
|
1,00000
|
0,65889
|
0,50312
|
0,41539
|
0,35634
|
0,20002
|
0,66170
|
0,94278
|
|
G2
|
1,49213
|
1,00000
|
0,76939
|
0,63806
|
0,54830
|
0,24206
|
1,05216
|
1,48672
|
|
G3
|
1,91563
|
1,29357
|
1,00000
|
0,83229
|
0,71666
|
0,26552
|
1,40290
|
1,97137
|
|
G4
|
2,27605
|
1,54381
|
1,19774
|
1,00000
|
0,86290
|
0,28071
|
1,70982
|
2,39221
|
|
G5
|
2,61815
|
1,77896
|
1,38297
|
1,15710
|
1,00000
|
0,29137
|
2,00225
|
2,79413
|
|
G6
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
|
G7
|
1,34435
|
0,94393
|
0,74859
|
0,63398
|
0,55365
|
0,26542
|
1,00000
|
1,36289
|
|
G8
|
1,02560
|
0,71417
|
0,56325
|
0,47494
|
0,41369
|
0,23748
|
0,72976
|
1,00000
|
Таблица 6.2. Коэффициенты к таблице 6.3.
|
G/m
|
m1
|
m2
|
m3
|
m4
|
m5
|
m6
|
m7
|
m8
|
|
G1
|
1,00000
|
13,56451
|
24,00353
|
25,83148
|
200,81710
|
0,00000
|
248,60569
|
49,71398
|
|
G2
|
0,07248
|
1,00000
|
1,78303
|
1,92737
|
15,00981
|
0,00000
|
19,20187
|
3,80808
|
|
G3
|
0,04015
|
0,55819
|
1,00000
|
1,08484
|
8,46551
|
0,00000
|
11,04784
|
2,17888
|
|
G4
|
0,03660
|
0,51108
|
0,91890
|
1,00000
|
7,82001
|
0,00000
|
2,02848
|
|
G5
|
0,00465
|
0,06498
|
0,11708
|
0,12768
|
1,00000
|
0,00000
|
1,33483
|
0,26144
|
|
G6
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
0,00000
|
|
G7
|
0,00358
|
0,05172
|
0,09506
|
0,10493
|
0,83047
|
0,00000
|
1,00000
|
0,19128
|
|
G8
|
0,01945
|
0,27882
|
0,50960
|
0,56010
|
4,42134
|
0,00000
|
5,19952
|
1,00000
|
|
Σ
|
0,17691
|
15,02930
|
27,42721
|
29,63642
|
237,36424
|
0,00000
|
295,71992
|
58,18214
|
Таблица 6.3. Итоговые коэффициенты
теплопроводности.
|
№
|
Газ
|
μ,
г/моль
|
η·106, Па·с
|
λ,Вт/(мк)
|
r,%
|
λ0
|
|
1
|
CH4
|
16,042
|
10,39
|
0,0307
|
90,17
|
0,02583
|
|
2
|
C2H6
|
30,07
|
8,6
|
0,019
|
4,38
|
0,00112
|
|
3
|
C3H8
|
44,09
|
7,5
|
0,0152
|
1,89
|
0,00050
|
|
4
|
C4H10
|
58,12
|
6,87
|
0,0133
|
1,45
|
0,00041
|
|
5
|
C5H12
|
72,15
|
6,36
|
0,0123
|
0,16
|
0,00005
|
|
6
|
H2S
|
34,08
|
0,00
|
0,00
|
0,00
|
0,00000
|
|
7
|
CO2
|
44,01
|
14,03
|
0,0147
|
0,24
|
0,00005
|
|
8
|
N2
|
28,016
|
16,68
|
0,0243
|
1,71
|
0,00039
|
|
|
|
|
|
|
λ0
=
|
0,02834
|
Так как коэффициент теплопроводности зависит от
температуры, то определяем λ для
процессов с постоянным объемом и постоянном давлении по формуле:
Таким образом, получаем:
при постоянном объеме:
- при постоянном давлении:
.2 Определение фиктивного коэффициента
теплоотдачи
Фиктивный коэффициент теплоотдачи α
определяется
по формуле:
где: λv(p)
- коэффициент теплопроводности газовой смеси при постоянном объеме (постоянном
давлении);
R0
- радиус сосуда в котором находится данная смесь.
Таким образом, получаем:
при постоянном объеме:
- при постоянном давлении:
7. Расчет пределов
воспламенения газовой смеси с учетом кинетики реакции горения
Верхний φв
и нижний φн
концентрационные пределы распространения пламени - это максимальное и
минимальное содержание горючего в смеси "горючее-окислитель", при
котором возможно распространение пламени в смеси на любое расстояние от
источника зажигания.
Для выполнения расчёта необходимо знать состав
газообразного топлива в процентном соотношении и начальную температуру горючей
смеси.
Пределы распространения пламени определяются
следующими соотношениями:
Значения коэффициентов А и В находят по
выражениям:
;
,
где: Н2, СО, Спр, Снепр,
N2,
СО2, Н2О и О2 - объёмные доли газов,
предельных и непредельных углеводородов в смеси, %;
Сгор - сумма горючих компонентов, %;
, 
,
,
,
,
,
,
-
соответственно, нижний и верхний пределы распространения пламени газов;
Кф и φф
- коэффициент флегматизации и минимальное флегматизирующее содержание всех
инертных компонентов, находящихся в газе;
Δ - поправка,
учитывающая содержание кислорода в газе, %.
Коэффициент флегматизации и минимальное
флегматизирующее содержание всех инертных компонентов рассчитывают по формулам:
где: 
,
,
-
коэффициенты флегматизации;
, 
,
-
минимальное флегматизирующее содержание индивидуальных инертных компонентов, %
(объёмный).
Коэффициенты флегматизации минимальное
содержание индивидуальных инертных компонентов определяются по выражениям:
где: 
-
стандартная теплота образования горючей части газа, при 25˚С, кДж/моль;
, 
и
-
число атомов углерода, водорода и кислорода в условной формуле горючей части
газа.
При определении ,
,
и
необходимо
пользоваться выражениями:
где: 
и
-
теплота образования предельных и непредельных углеводородов;
, 
,
,
-
число атомов углерода и водорода;
Сгор - сумма горючих компонентов.
Значение Δ зависит
от содержания кислорода в горючем газе и составляет:
Таблица 7.1. Значение Δ.
|
Δ,
%……..2,1 - 3,6
|
3,7
- 4,5
|
4,3
- 5,3
|
4,8
- 5,8
|
|
О2,
%………1 - 2
|
3,0
|
4,0
|
5,0
|
Если температура газовоздушной среды отлична от
25˚С, то нижний и верхний пределы распространения пламени рассчитывают по
формулам:
Таким образом получаем:
Определим число атомов углерода:
Определим стандартную теплоту образования
горючей части газа:
Определим коэффициенты флегматизации:
Определим флегматизирующее содержание всех
инертных компонентов , находящихся в газе:
Определим коэффициент флегматитизации:
Определим значения коэффициентов А и В:
Определим пределы распратранения пламени:
Определим пределы распространения пламени, когда
температура газовоздушной среды отлична от 25˚С:
8. Расчет нормальной скорости горения газовой
смеси
Интенсивность процесса распространения пламени в
неподвижных или ламинарно движущихся горючих смесях характеризуется двумя
параметрами:
Нормальная скорость распространения пламени (uп)
- линейная скорость перемещения элементов фронта пламени относительно свежей
смеси в направлении нормали к ним:
где: А - безразмерный коэффициент, который
зависит от начальной температуры смеси, температуры горения и кинетики реакции
горения;
асм - температуропроводность смеси (асм=
λ·ρ/Ср);
τ - время химической
реакции во фронте пламени.
Расчёт нормальной скорости по соотношению (1)
затруднён, поэтому значения иР определяют экспериментально.
Массовая скорость горения (um)
- количество горючей смеси, сгорающее в единицу времени на единице поверхности
фронта пламени:
где: ρсм
- плотность горючей смеси.
Критический диаметр трубок (dкр)
- минимальный внутренний диаметр трубки, ниже которого распространение в
них пламени становится невозможным.
Значения нормальной скорости горения и остальных
параметров процесса зависят от состава горючей смеси, соотношения
горючее-окислитель, начальной температуры смеси и давления следующим образом:
Максимальное значение ип лежит в
области богатых смесей. Её конкретное значение зависит от вида горючего
вещества и уменьшается в сторону возрастания и убывания коэффициента избытка
окислителя.
При возрастании начальной температуры смеси ип
растёт в зависимости от состава смеси согласно соотношению:
ип ~ То см1,2-2,2
Для углеродовоздушных смесей рекомендуется
следующая пропорция [Щетинков Е.С. Физика горения газов. М: Наука, 1965]:
ип ~ То см1,8
Повышение давления снижает ип
медленно горящих смесей (ип< 0,5 м/с при атмосферном давлении) и
повышает ип быстро горящих смесей (ип> 1,2 м/с при
атмосферном давлении). Рекомендуемые соотношения между нормальной скоростью и
давлением следующие:
• газокислородные смеси:
иm~р.
• смеси СО с окислителем:
un~1/p0.25
÷ 0.3.
• смеси предельных углеводородов с воздухом:
иm~р0.7
÷ 0.75.
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 нормального горения для газовоздушных смесей каждого из
компонентов горючего;
Zi
- объёмные процентные содержания в сложной газовоздушной смеси простых
(двойных) смесей с составом, соответствующим 
для
каждой смеси, %.
где: ri
- объёмное содержание горючих газов в сложном не забалластированном газе. Эта
величина задаётся в исходных данных. Если состав горючего задан с балластом, то
объёмные концентрации необходимо пересчитать, приняв, что горючие компоненты
составляют в сумме 100%;
- объёмные
процентные содержания горючих компонентов в простых (двойных) газовоздушных
смесях, соответствующие , %;
Lmax
-
объёмное процентное содержание сложного газа в газовоздушной смеси, %.
Если в газе содержится более 5% балласта, то
вводится поправка на балласт:
где: N2
,
CO2
- процентные содержания азота и диоксида углерода в горючем газе, %.
Если в состав горючего газа входят в
значительном количестве СО и Н2, то расчёты дают приближённые
результаты. В этих случаях ип определяют опытным путём.
Таким образом получаем:
Определим объёмное процентное содержание
сложного газа в газовоздушной смеси, %:
Определим объёмные процентные содержания в
сложной газовоздушной смеси простых (двойных) смесей с составом,
соответствующим для каждой смеси,
%:
Определяем нормальную скорость:
Так как в газе балласта не более 5%, то поправка
не считается.
Заключение
При выполнении мной работы на тему :
"Воспламенение природного газа", были
определены: состав продуктов полного сгорания топлива, , основные параметры
адиабатного воспламенения и горения газовой смеси; адиабатная температура
горения газовой смеси при постоянном объеме и давлении.
Рассчитаны: коэффициент теплопроводности и
эффективность коэффициента теплоотдачи для многокомпонентной газовой смеси,
значения кинетических констант, нормальная скорость горения газообразной
горючей смеси, пределы распространения пламени горючей смеси с учетом
химической кинетики реакции горения.
Список литературы
. В.Н.Диденко. Расчет состава и
температуры продуктов полного сгорания природного газа. - Ижевск: ИжГТУ, 1996г.
. В.Н.Диденко. Расчет параметров
самовоспламенения природного газа. - Ижевск: ИжГТУ, 1996г.
. В.Н.Диденко. Воспламенение
природных газов. Основные положения теории. - Ижевск: ИжГТУ, 1996г.
. Варфоломеева О.И. Расчет пределов
распространения пламени и нормальной скорости горения природного газа. -
Ижевск: ИжГТУ, 2004г.