Топливо, газовые смеси и теплоемкость
Министерство
образования и науки РФ
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего
образования
Волгоградский
Государственный Технический университет
Кировский
вечерний факультет
Семестровая
работа по дисциплине:
Теплотехника
На
тему:
ТОПЛИВО,
ГАЗОВЫЕ СМЕСИ И ТЕПЛОЕМКОСТЬ
Выполнил:
студент гр.ТВБ-385
Шелудченко
Б.Д.
Проверил:
доц. Горюнов В.А.
Волгоград
2015
Условие
топливо сжигание температура
окислитель
В промышленной печи при постоянном давлении
сжигают топливо (этанол). В качестве окислителя используют воздух с
температурой T1=660К.
Заданы коэффициенты избытка воздуха: а= 1,0 и коэффициент полноты сгорания
топлива ζ
=0,9. Определить теоретическое значение максимальной температуры горения Тг.
Теплотой, вносимой топливом, пренебречь.
Таб. №1. Состав и теплота сгорания топлива
Топливо
|
Cp
|
Hp
|
Op
|
Qн
кДж/кг
|
Этанол
|
0,52
|
0,13
|
0,35
|
27100
|
Таб. №2. Формулы средних изохорных массовых
теплоемкостей (cv)
Газ
|
Теплоемкость кДж/кг*К
|
R,
кДж/кг*К
|
Воздух
|
0,691 + 7,1*10-5Т
|
0,287
|
С02
|
0,775 + 11,7*10-5Т
|
0,189
|
Н2О(пар)
|
1,328 + 28,07*10-5Т
|
0,462
|
N2
|
0,716 + 7,54*10-5Т
|
0,297
|
O2
|
0,628 + 6,75*10-5Т
|
0,260
|
Таб. №3. Результаты расчета
Ср. воздух
|
mo
воздух
|
ζQH+Qo
|
m
воздуха
|
mп,
сг.
|
СР, п. сг (формула)
|
T2
|
кДж/кг*К
|
Кг/Кг
|
кДж/кг
|
Кг/Кг
|
Кг/Кг
|
|
K
|
1.02486
|
9,0365
|
30502.36
|
9,0365
|
10.0365
|
1.516
|
3934.89
|
Максимальная теоретическая температура сгорания
находится с помощью уравнения теплового баланса:
ζQH
+Qo
=Qп.сг.
где: Qo
-
Теплота, вносимая окислителем;
ζ - Коэффициент
полноты сгорания топлива;
Qn. Сг -
Теплота, полученная продуктами сгорания;
Находим теплоту, выделяющуюся при сжигании
топлива (ζQh).
Из таблицы 2 берется значение Qh:
Qh=27100 кДж/кг
Из таблицы 1 берется значение ζ
(в
моём варианте ζ=0,9)
ζ*QH=0,9*27100=24390
кДж/кг
Находим теплоту, вносимую окислителем:
Qo=
Ср.возд. *mвозд*T1
Определяем среднюю изохорную массовую
теплоемкость воздуха по формуле, приведенной в таблице №2
cv
возд=0,691 + 7,1*10-5*660=0,73786 кДж/кг*К
Вычисляем среднюю изобарную массовую
теплоемкость по формуле Майера:
Ср возд= cv
возд+R=0.73786+0.287=1.02486
кДж/кг*К
Определяем теоретически необходимую массу
воздуха:
mo
возд=2,67* Cp+8Hp-
Op/0,23=
(2,67*0,52+8*0,13-0,35)/0,23= (1,3884+1,04-0,35)/0,23=2,0784/0,23=9,0365 Кг/Кг
Определяем действительную массу воздуха:
mвозд=а*moвозд=1,0*9,0365
=9,0365 Кг/Кг
Определяем Qo:
Qo=Ср.возд.
*mвозд*T1=1.02486*9,0365*660=6112.36
кДж/кг
Вычисляем теплоту, внесённую окислителем и
сгоревшим топливом:
ζQH
+Qo=24390+6112.36=30502.36
кДж/кг
Находим теплоту продуктов сгорания (Qn.Сг):
Qn.Сг=
СР, п.сг*mп,
сг*T2.
а) Определяем массу продуктов сгорания:
mп, сг=1+mвозд=1+9,0365=10.0365
b) Вычисляем массовые
доли компонентов в продуктах сгорания:
gco2=mco2/mп,
сг=3.67*СР/
mп, сг=3.67*0.52/10.0365=0.1901
gH2o=mH2o/
mп, сг=9*Hp/
mп, сг=9*0.13/10.0365=0.1166
go2=mo2/mп,
сг=0.23*(a-1)
*moвозд/mп,
сг=0.23*(1.0-1)
*9,0365/ 10.0365=0N2=mN2/mп,
сг=0.77*a*moвозд/mп,
сг=0.77*1.0*9,0365/10.0365
= =0.693
c) Находим среднюю
изобарную массовую теплоемкость продуктов сгорания по формуле:
СР, п. сг=g(co2)
* Ср(co2)
+ g(H2o)
*
Ср (H2O)
+ g(o2)
*Ср(O2)
+ g(N2)
*Ср(N2)
=
Находим изобарные теплоемкости компонентов
продуктов сгорания:
a) cv(co2)
=
0,775 + 11,7*10-5*Т2
b) cv(H2o)
=1.328+28.07*10-5*Т2
c) cv(O2)
=0.628+6.75*10-5*Т2
d) cv(N2)
=0.716+7.54*10-5*Т2
Используя формулу Майера находим ср.:
1. Ср(co2)
=cv(co2) +R=0.775+11.7*10-5*Т2+0.189=0.964+11.7*10-5*Т2
2. Ср
(H2O) =cv(H2o) +R=1.328+28.07*10-5*Т2+0.462=1.79+28.07*10-5*Т2
3. Ср(O2)
=cv(O2) +R=0.628+6.75*10-5*Т2+0.260=0.888+6.75*10-5*Т2
4. Ср(N2)
= cv(N2) +R=0.716+7.54*10-5*Т2+0.297=1.013+7.54*10-5*Т2
Таким образом находим среднюю изобарную массовую
теплоемкость продуктов сгорания по формуле:
СР, п. сг=g(co2)
* Ср(co2)
+ g(H2o)
*
Ср (H2O)
+ g(o2)
*Ср(O2)
+ g(N2)
*Ср(N2)
=0.1901*(0.964+11.7*10-5*Т2) +0.1166*(1.79+28.07*10-5*Т2)
+0*(0.888+6.75*10-5*Т2) +0.693*(1.013+7.54*10-5*Т2)
=0,1832+2,2242*10-5*Т2+0,2087+3,2729*10-5*Т2+0+0,702+5,2252*10-5*Т2=1,0939+10,7223*10-5*Т2=1,0939+10,7223*10-5*3934.89=
=1.516
Находим теплоту продуктов сгорания Qn.Сг:
Qn.Сг=
СР, п.сг*mп,
сг*T2=(1,0939+10,7223*10-5*Т2)
*10.0365*T2
Используя уравнение теплового баланса определяем
максимальную теоретическую температуру горения(T2):
ζQh=
Qn.Сг
=(1,0939+10,7223*10-5*Т2)
*10.0365*T2 сокращаем
обе стороны на 10.0365:
10.7223*10-5*(Т2)2+1.09369*T2
-2430.13=02=
= -1.09369 + 1,495/0,000214=1875 К