[理學(xué)]第一章燃燒熱力學(xué)-資料下載頁
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【正文】 20 .50 .5e x pC O O TC O uxx Gpx p R T?????? ???? ?????? ??由元素守恒得 22212 2 2C O C OC O C O OxxCO x x x?????原 子 數(shù)原 子 數(shù)（ a） 定義混合物初始狀態(tài)時的 為 Z ： CO22222C O C OC O C O OZ ??? ? ??? ??（ b） 則有 ? ? ? ?221 2 1 2 0CO CO OZ Z Z? ? ?? ? ? ? ?第三個方程 22 1C O C O O? ? ?? ? ?（ c） 在給定的 P、 T和 Z后，可以聯(lián)立方程（ a） ,（ b） ,（ c）求出 、 和 。 2COx COx 2Ox用牛頓 拉夫森迭代法順次求解出 ， 和 。 如書上表 。 COx 2COx 2Ox純 在不同壓力和溫度下離解平衡時混合物中 的摩爾分數(shù) 2CO CO從計算結(jié)果可得出兩點結(jié)論： （ 1）溫度不變時，增大壓力將使 的離解減弱； （ 2）壓力不變時，增大溫度促使 的離解。 2CO2CO當一個處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)經(jīng)歷一個變化時， 系統(tǒng)的平衡狀態(tài)將朝著削弱該變化的方向移動 。因此，壓力升高時，平衡狀態(tài)移動使系統(tǒng)摩爾數(shù)減少。 對摩爾數(shù)守恒的化學(xué)反應(yīng)而言， 壓力的變化對平衡狀態(tài)沒有影響 。當溫度升高時，平衡狀態(tài)向消耗熱量的方向移動。 三、復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)平衡成分和燃燒溫度的計算機計算 化學(xué)平衡成分的計算方法 （ 1） 平衡常數(shù)法 : PER程序可以求解 12種組分，其中包含 7個平衡反應(yīng)， 4個元素（ C， H， N， O）守恒方程 。 （ 2）基于 最小自由能 的通用化學(xué)平衡計算程序 CEA。 該程序能處理 400種組分，它可以計算不同熱力學(xué)狀態(tài) 下化學(xué)平衡成分。 （ 3）基于 元素勢法 的化學(xué)平衡計算程序 STANJAN。 這是斯坦福大學(xué)發(fā)展的高效的、易于使用的以微型計 算機為基礎(chǔ)的軟件。 【 例 】 已知一燃燒天然氣的加熱爐工作時的壓力為 1個大氣壓，混氣的當量比為 ；進入火爐中的天然氣溫度為 298K，但是進入火爐的空氣是經(jīng)過預(yù)熱的。 （ 1）試確定預(yù)熱空氣對絕熱火焰溫度的影響（火爐入口 空氣溫度從 298K變化到 1000K）； （ 2）假設(shè)不管預(yù)熱空氣與否，加熱爐出口和回流換熱器 進口之間的煙氣溫度為 1700K，那么當空氣從 298K 預(yù)熱到 600K時將節(jié)省多少燃料？ 【 解 】 （ 1）利用附錄 ?中列出的 PER程序包中 HPFLAME來 計算 HPFLAME的輸入文件的內(nèi)容包括：燃料等效分子式中碳、氫、氧、氮原子的數(shù)目，混氣當量比，絕熱火焰溫度的迭代初值，壓力和反應(yīng)物的焓。 輸入文件中唯一需要計算的量就是反應(yīng)物的焓（ ）。要計算反應(yīng)物的焓，需要知道反應(yīng)物的組成，下面寫出燃燒反應(yīng)方程式 fkJ kmol4 2 2( 6 )C H a O N? ? ?其中 4 1 1 42 . 2 20 . 9xya ??? ? ??因此，反應(yīng)物的焓（每千摩爾燃料）可按下式計算 4 2 2, , ,2 .2 2 8 .3 5r e a c f CH s O s NH h h h?? ? ? ? ?將計算得到的焓值輸入 HPFLAME的輸入文件，就可以利用HPFLAME計算出等壓絕熱火焰溫度，計算結(jié)果見書上表 （ 2）寫出有關(guān)控制體的能量守恒方程，假設(shè)整個過程是穩(wěn)態(tài)的，并且無論空氣預(yù)熱與否，由于對外做功和損耗而減少的熱量都相等。由能量守恒關(guān)系式 ? ? ? ? ? ?220 0 012c v c v m i i iQ W q h h v v g z z??? ? ? ? ? ? ?????得 ? ?? ?load loss prod re acA F prod F F A AQ Q Q m h hm m h m h m h? ? ? ? ? ?? ? ? ?定義一個新的參數(shù)：燃料利用率 ? ? ? ?? ?1 p rod A FFA F h A F h hQm LH V LH V???? ? ? ?????其中 ? ? ? ? 1 7 . 1 1 9 . 00 . 9stAFAF ? ? ??,7 4 , 8 3 1 4 6 6 4 . 41 6 . 0 4 3f f f r fh h M k J k g? ?? ? ? ?923prodh k J k g??（利用 PER程序包 TPEQUIL計算得到） , 29 8 0aKh ?? ?? ?22, 6 0 0 , , ,0 .2 1 0 .7 90 .2 1 9 2 5 4 0 .7 9 8 9 0 5 2 8 .8 53 1 1 .2a K s O s N r ah h h Mk J k g? ? ? ?? ? ? ??所以 ? ? ? ? ? ?2981 9 .0 1 9 2 3 1 9 .0 0 4 6 6 4 .45 0 , 0 1 60 .2 7 6?? ? ? ? ? ? ? ???????? ? ? ? ? ?60019. 0 1 923 19. 0 311 .2 466 50 , 016?? ? ? ? ? ? ? ???????即 , 298, 6 0 0( 2 9 8 K ) ( 6 0 0 K ) 0 . 2 7 61 1 0 . 3 0( 2 9 8 K ) 0 . 3 9 4m f m fmfqqq???? ? ? ? ? ?燃料省率注意到， 由于絕熱火焰溫度的升高，一氧化氮的輻射作用將加強。當入口空氣溫度從 298K上升到 600K時，絕熱火焰溫度上升了 150K(%)。 總 結(jié) : R out i pr od re ach h h h h? ? ? ? ?22, ( ) , ( )oof H O l f H O g f gh h h??絕熱火焰溫度 絕對焓和生成焓 燃燒焓和熱值 絕對焓： 0 ,( ) ( ) ( )i f i re f s i re fh T h T h T? ? ?? ? ? ? , ()c c f gh h h? ? ? ?液 態(tài) 燃 料 氣 態(tài) 燃 料 蒸 發(fā) 潛 能等壓燃燒 ： r 2 1( ) ( )p od re acH T H T?reac i ireacH n h? ?prod i iprodH n h? ?絕熱火焰溫度 化學(xué)平衡條件 平衡常數(shù)法 ? ? 0r e a c p r o d u r e a c in it p r o d a dH H R N T N T? ? ? ?re acm ixre ac MWmN ?pr odm ixpr od MWmN ?等容燃燒 ： 平衡時： 0, ?PTdG—— 平衡態(tài)時吉布斯自由能為最小值 , 0TPdG ?—— 對一個等溫等壓過程，吉布斯自由能必須減小或保持不變 e x p( / )p T uK G R T?? ? ?平衡常數(shù) ()cd c d a bCDp abABKP???? ? ? ?
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