【正文】 1atm下的行為。反應物流是一個化學當量下的 (?=1)H2 和空氣的混合物，其溫度為 298K,及短時（吹熄） 極限。將溫度與 H2O, H2,OH,O2,O, 和 NO 摩爾分數(shù)隨停留時間的變化規(guī)律。 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 2022/2/10 78 Chemkin計算這個例題 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 2022/2/10 79 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 例 (略掉 ) 探究一下 非平衡 O原子是如何影響NO的 形成的，考慮的反應器是例 全混流反應器 。假設 O原子， O2 和 N2 是在反應器溫度下在全動力學條件下得到的平衡值。我們用例 間： Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 在 tR=1 s時 Tad=2378K 在 tR= s 時Tad= 及 tR= Tad= 。 也假設 N 原子是在平衡狀態(tài)， NO的形成是由簡單的 Zeldovich 鏈式反應組所控制 (第五章 , 方程 和 ) .2211,2,2ONOONNNOONrfrfkkkk???? ?????? ???Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 解 我們首先來對簡化的模型列出公式。由于溫度及 xO,xO2, 和 xN2 的平衡值是模型的輸入，我們僅需要寫出 NO組分的守恒方程 (方程 ): 式中， YNO 是反應器內(nèi) NO的質(zhì)量分數(shù)。重新排列上式，并將 YNO 轉(zhuǎn)換為摩爾濃度 ( 方程 )有： ,0?? NONONO YmVMW ???,][iium i xi MWYTRP MWX ?Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 或更簡單有 , 現(xiàn)在我們只要簡單地用 Zeldovich機理來表達在方程 I 中的 ，表達可以用推測出的已知量來表示 (T,[O2]e,[O]e) 和未知量 [NO]. 結(jié)果是只有一個未知量 [NO]的復雜的超越方程。相應地： 0][ ?? NOVmNO ????.0/][ ?? RNO tNO??NO??Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 對 N原子，采用穩(wěn)態(tài)的假設我們得到： 將此結(jié)果代入到 [N]ss 回到我們的表達式 有 式中， ]).[][(][]][[][][ 22221 NOkOkNONOkNOk irefssereefNO ????? ?efrereefss OkNOkONOkNOkN][][]][[][][][221221???NO??),1(]][[)1(][][ 221 ???? ZONOkZNOk ereefNO? ?efrrefOkNOkNOkOkZ][][][][221122???Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 要求解方程 I 得到 [NO], 需要知道 [O2]e,[O]e,和 [N2]e 的值。由于涉及幾個平衡的表達式，找到這些值是不容易的；但我們可以用 TPEQuil (附錄F）來簡單地獲得。盡管程序是用來處理典型的 CxHyOz燃料的。 x 和 y 都不能為零，所以處理純 H2 似乎不可能。 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 表 t R ( s ) T ad ( K ) x O, e x O2 , e x N2 , e1 2,378 *104*103 2, *104*103 2, *104*103Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 對三個停留時間的迭代計算結(jié)果如下面所示，并與例 生的結(jié)果進行了比較。這些結(jié)果也在圖 。 )].(/820,20e x p [10*)],(/4 6 8 0e x p [10*)],(/425e x p [10*)],(/370,38e x p [10*6272101111KTkKTkKTkKTkrfrf????????Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 Eq uilibri um O atom As su mp tion Full c he mistry tR xO,e(p pm ) xNO(p pm ) xO(p pm ) xNO(p pm ) 1. 0 528 2, 47 3 549 2, 45 9 0. 1 486 1, 40 3 665 2, 04 4 0. 01 295 162 1, 41 9 744 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 注 在停留時間減少到 1秒以下后，動力學導出的 O原子濃度與相應的平衡值之間有很大的差別。 過平衡的 O原子濃度導致了更大的 NO的產(chǎn)生；例如， 在 tR= s, 完全化學動力學產(chǎn)生的 NO值是平衡 O原子濃度的 NO值的 5倍 。 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 (6) 柱塞流反應器 假設 一個柱塞流反應器是一個理想反應器，有以下的屬性： 。 軸向沒有混合 (返混 )。這意味著在流動方向上的分子和 /或湍流擴散可以忽略。 返混為零?。?！ Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 ，即是一維的流動。這意味著在任一橫截面上，單一的速度、溫度和組分等就完全代表了流動的特性。 4. 理想的 無摩擦流動。這一假設可以用簡單的歐拉方程來關(guān)聯(lián)速度和壓力 。 。這假設可以用簡單的關(guān)聯(lián)式來關(guān)聯(lián) T,P,?,Yi, 和 h Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 守恒方程的應用 我們的目標是導了同一組一維的常微分方程組來求解反應器的流動特性，包括組分等作為距離 , x的函數(shù)。其幾何圖形和座標如圖 。表 一個包括物理與化學原理的概況，形成了 6+2N 個方程及相同量的未知數(shù)和函數(shù)。 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 (2N+6)個方程 → (N+4)個方程 → (N+2)個方程 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 面積函數(shù) A(x) 是反應器的截面積隨 x變化的函數(shù) 。 這些，我們的模型可以表示一個噴嘴，或一個擴散器，或任何一個一維的幾何變化的圖形，而不一定是如圖 圖形。 熱流函數(shù) ，盡管顯然表明其壁面熱流是已知的，但也表明熱流可以用一個恒定的壁面溫度分布來計算。 ()Qx??Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 參見如圖 ，我們可以很方便地導出下面的守恒方程式： 質(zhì)量守恒： x方向動量守恒 0)( ?dxAvd x?0?? dxdvvdxdP xx?伯努利方程？ Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 能量守恒方程 組分守恒 2( / 2 )0xd h v Qd x m????? P0??xiiivMWdxdY???0][ ???????? dxdYDmYdxdm AABAA ???第三章式子 Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 第三章 組分守恒 考慮一個一維的控制體，如圖 ， , 厚度為 ?x . Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 在控制體內(nèi) A質(zhì)量的凈增加率為與質(zhì)量流率和反應速率相關(guān) : VmAmAmdtdm AxxAx