[理學(xué)]第一章 燃燒熱力學(xué)-全文預(yù)覽
【正文】 , 2 , 2C O H O Nn n n? ? ?由熱力學(xué)第一定律得 r e a c i i p r o d i ir e a c p r o dH n h H n h? ? ???【 例 】 初始?jí)毫?1atm，初始溫度為 298K的甲烷和空氣以 化學(xué)計(jì)量比混合后進(jìn)行絕熱等壓燃燒，假設(shè)（ 1）“完全燃燒”， 即產(chǎn)物中只有 CO2,H2O和 N2；（ 2）產(chǎn)物的焓用 1200K（ =(Ti+Tad) , 其中 Tad假設(shè)為 2100K）的 定比熱 估算。 對 等壓燃燒 ，第一定律可以表示為： r 2 1( ) ( )p od re acH T H T?其中 T1， T2分別為反應(yīng)物和生成物的溫度。 【 例 】 （ 1）正癸烷 的分子量為 ，試確定每 千克正癸烷和每摩爾正癸烷在 298K的高熱值和 低熱值。 燃料的發(fā)熱量（熱值 Calorific Value） 定義：指單位質(zhì)量或單位體積（對氣體燃料而言）的燃料 （在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）與空氣 完全 燃燒時(shí)所能釋放出的 最大 熱量。 mixh mixhCOw 2COw 2Nw（ 1）由 得 1i? ??22 1 1 0 0 0N CO CO? ? ?? ? ? ? ? ? ?由理想氣體混合物焓的公式得 ? ?? ?? ?222222, , 29 8, , 29 8, , 29 8()()()oom ix i i CO f CO fCOooCO f CO fCOooN f N fNh h h h T hh h T hh h T h??????? ? ? ?????? ? ???????? ? ??????通過查附表 A，將所得值代入上式得混合物摩爾比焓。 2 ? ? e lMW ? 2 8 .8 5airMW ??? ?AF已知： 求： 和 解： 和 組成，那么我們 2 2 2,H O C O O 2N假定天然氣在鍋爐中 “ 完全燃燒 ” ，即反應(yīng)產(chǎn)物沒有發(fā)生離解，燃燒產(chǎn)物僅由 2O可以寫出總體燃燒反應(yīng)方程式，然后根據(jù)產(chǎn)物中 ? ?AF摩爾分?jǐn)?shù)求出空燃比 的 ? ?4 2 2 2 2 2 23. 76 2 3. 76CH a O N CO H O bO aN? ? ? ? ? ?2 2 2 2ab? ? ?2ba? ? ?a b其中 和 通過氧原子守恒而相互關(guān)聯(lián)： 從摩爾分?jǐn)?shù)的定義可知： 2?? ??????? aaabbNNm i xOO?2 .3 6 8a??? ? a ir a irfu e l fu e lN M WAFN M W??4 .7 61a irfu e lN aN ?? ? 4 . 7 61 a irfu e lMWaAFMW??? ?AF 2 8 . 8 54 . 7 6 2 . 3 6 81 6 . 0 4? ? ? ?空燃比可表示為 因?yàn)? 所以 ? ? ?stoicAF? ? 4 .7 6 2 2 8 .8 5 1 7 .11 6 .0 4stoicAF ????為了求出 ，首先得求出 ?? ?? ?1 7 . 10 . 8 42 0 . 3s to icAFAF? ? ? ?由 的定義可得 絕對焓： 0 ,( ) ( ) ( )i f i re f s i re fh T h T h T? ? ?某一參考溫度下該組分的生成焓 從某一參考溫度開始的顯焓變化 式中： 說 明： ， （標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)） ； ，自然界存在的 單質(zhì)的生成焓等于零 ； 熱效應(yīng)的負(fù)數(shù) 。 由 的定義得： 其中： ，因此 ,mfq?? ?stAF? ? 4 . 7 6 a irs to icfu e lMWA F aMW?4 4 x y? ? ? ? ?? ? 2 8 . 8 54 . 7 6 2 . 2 4 1 6 . 8 21 8 . 2 8 6s t o i cAF ? ? ?由當(dāng)量比 的定義得： ?? ?? ?stAFAF??? ? 1 6 .8 2 5 8 .80 .2 8 6stAF? ? ??? ? ?AF? ?AF 的定義也可寫成： ? ? ,mamfqAFq??? ?,1 5 . 9 0 . 2 7 0 /5 8 . 8mamfq k g sq k g sAF? ? ? 11 ????? 從本例可看出，即使是在全負(fù)荷下工作，供給發(fā)動(dòng)機(jī)的 空氣也是過量 的。 ,0,4 .7 6L ( ) ( )1raa irs t s tfu e l r fMmAaF m M? ? ?st－－ stoichiometric 式中 ， ,raM ,rfM分別為空氣和燃料的相對分子質(zhì)量 。??i?i?、 i??—— 分別是組分 i在反應(yīng)物和生成物中的化學(xué) 計(jì)量系數(shù)。取之不盡，用之不竭 – 空氣中的氧氣的摩爾濃度是 21% – N2的濃度是 79% – 1摩爾的 O2有 N2 – 空氣中 N2對燃燒有稀釋作用，降低燃燒反應(yīng)強(qiáng)度 – 如需要提高燃燒強(qiáng)度，可行辦法之一是采用純氧或富氧燃燒 ?燃料 – 氣態(tài)（ H2\CO\CmHn等） – 液態(tài)（重烷烴 \甲、乙醇等） – 固態(tài)（煤炭 \木材等） 一、化學(xué)恰當(dāng)比 考慮各種元素的質(zhì)量守恒，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)可以寫成如下形式： i i i iAA?? ??????? ?????生成物反應(yīng)物?? ? iiii AA 39。若以 1kg燃料計(jì)，則為 理論空氣量 L0。 本例僅用到空燃比和當(dāng)量比 的定義。假設(shè)天然氣成分為甲烷， 。 【 解 】 已知： COCO2CO 2N2CO10CO? ? ％ 1200TK?2 0CO? ? 1p atm?需求的是 （ 1） 和 ； （ 2） ， 和 。 對放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱（焓）是負(fù)值。 通常因排出煙氣溫度較高，其中水蒸汽不能凝結(jié)，故用低位熱值。 prodH又因?yàn)? ， reac i ireacH N h? ? p ro d i iprodH N h? ?所以 2 1 0 2 2 2 2, ( ) , , ,1 1 0 1 1c H O l f C H f CO f H OH H H V h h h? ? ???? ? ? ? ? ???從附表查得氣態(tài)水的生成焓和蒸發(fā)潛熱，據(jù)此可計(jì)算液態(tài)水的生成熱 22, ( ) , ( ) 2 4 1 , 8 4 7 4 4 , 0 1 0 2 8 5 , 8 5 7oof H O l f H O g fgh h h k J k m o l? ? ? ? ? ? ?利用此值和附表 A、 B中的生成焓，可得 2, ( )1 2 4 9 , 6 5 91 0 3 9 3 , 5 4 6 1 1 2 8 5 , 8 5 76 , 8 3 0 ,
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