【正文】 1atm下的行為。反應(yīng)物流是一個(gè)化學(xué)當(dāng)量下的 (?=1)H2 和空氣的混合物，其溫度為 298K,及短時(shí)（吹熄） 極限。將溫度與 H2O, H2,OH,O2,O, 和 NO 摩爾分?jǐn)?shù)隨停留時(shí)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(jì)算這個(gè)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(yīng)器是例 全混流反應(yīng)器 。假設(shè) O原子， O2 和 N2 是在反應(yīng)器溫度下在全動(dòng)力學(xué)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(shí) Tad=2378K 在 tR= s 時(shí)Tad= 及 tR= Tad= 。 也假設(shè) N 原子是在平衡狀態(tài)， NO的形成是由簡(jiǎn)單的 Zeldovich 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)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(duì)簡(jiǎn)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(yīng)器內(nèi) NO的質(zhì)量分?jǐn)?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(jiǎn)單有 , 現(xiàn)在我們只要簡(jiǎn)單地用 Zeldovich機(jī)理來表達(dá)在方程 I 中的 ，表達(dá)可以用推測(cè)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(gè)未知量 [NO]的復(fù)雜的超越方程。相應(yīng)地： 0][ ?? NOVmNO ????.0/][ ?? RNO tNO??NO??Particle And Combustion Engineering Research Group Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084 對(duì) N原子，采用穩(wěn)態(tài)的假設(shè)我們得到： 將此結(jié)果代入到 [N]ss 回到我們的表達(dá)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(gè)平衡的表達(dá)式，找到這些值是不容易的；但我們可以用 TPEQuil (附錄F）來簡(jiǎn)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(duì)三個(gè)停留時(shí)間的迭代計(jì)算結(jié)果如下面所示，并與例 生的結(jié)果進(jìn)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(shí)間減少到 1秒以下后，動(dòng)力學(xué)導(dǎo)出的 O原子濃度與相應(yīng)的平衡值之間有很大的差別。 過平衡的 O原子濃度導(dǎo)致了更大的 NO的產(chǎn)生；例如， 在 tR= s, 完全化學(xué)動(dòng)力學(xué)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(yīng)器 假設(shè) 一個(gè)柱塞流反應(yīng)器是一個(gè)理想反應(yīng)器，有以下的屬性： 。 軸向沒有混合 (返混 )。這意味著在流動(dòng)方向上的分子和 /或湍流擴(kuò)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(dòng)。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(dòng)的特性。 4. 理想的 無摩擦流動(dòng)。這一假設(shè)可以用簡(jiǎn)單的歐拉方程來關(guān)聯(lián)速度和壓力 。 。這假設(shè)可以用簡(jiǎn)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(yīng)用 我們的目標(biāo)是導(dǎo)了同一組一維的常微分方程組來求解反應(yīng)器的流動(dòng)特性，包括組分等作為距離 , x的函數(shù)。其幾何圖形和座標(biāo)如圖 。表 一個(gè)包括物理與化學(xué)原理的概況，形成了 6+2N 個(gè)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(gè)方程 → (N+4)個(gè)方程 → (N+2)個(gè)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(yīng)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(gè)噴嘴，或一個(gè)擴(kuò)散器，或任何一個(gè)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(gè)恒定的壁面溫度分布來計(jì)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(dǎo)出下面的守恒方程式： 質(zhì)量守恒： x方向動(dòng)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(gè)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(yīng)速率相關(guān) : VmAmAmdtdm AxxAx