[理學(xué)]第一章燃燒熱力學(xué)(參考版)
2025-01-01 12:14本頁(yè)面
【正文】 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(duì)焓和生成焓 燃燒焓和熱值 絕對(duì)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(shí)： 0, ?PTdG—— 平衡態(tài)時(shí)吉布斯自由能為最小值 , 0TPdG ?—— 對(duì)一個(gè)等溫等壓過(guò)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???? ? ? ??。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(gè)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(jì)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(qiáng)。 輸入文件中唯一需要計(jì)算的量就是反應(yīng)物的焓（ ）。 【 例 】 已知一燃燒天然氣的加熱爐工作時(shí)的壓力為 1個(gè)大氣壓，混氣的當(dāng)量比為 ；進(jìn)入火爐中的天然氣溫度為 298K，但是進(jìn)入火爐的空氣是經(jīng)過(guò)預(yù)熱的。 （ 3）基于 元素勢(shì)法 的化學(xué)平衡計(jì)算程序 STANJAN。 （ 2）基于 最小自由能 的通用化學(xué)平衡計(jì)算程序 CEA。當(dāng)溫度升高時(shí)，平衡狀態(tài)向消耗熱量的方向移動(dòng)。因此，壓力升高時(shí)，平衡狀態(tài)移動(dòng)使系統(tǒng)摩爾數(shù)減少。 COx 2COx 2Ox純 在不同壓力和溫度下離解平衡時(shí)混合物中 的摩爾分?jǐn)?shù) 2CO CO從計(jì)算結(jié)果可得出兩點(diǎn)結(jié)論： （ 1）溫度不變時(shí)，增大壓力將使 的離解減弱； （ 2）壓力不變時(shí)，增大溫度促使 的離解。 2COx COx 2Ox用牛頓 拉夫森迭代法順次求解出 ， 和 。 2CO ? ?1 5 0 0 , 2 0 0 0 , 2 5 0 0 , 3 0 0 0TK?? ? , 1 , 10 , 100P atm?2CO CO 2O【 解 】 要求出 、 和 ，需要三個(gè)方程：一個(gè)化學(xué) 離解平衡方程和兩個(gè)元素守恒方程。在給定溫度與壓力條件下，它反映了參加反應(yīng)的各物質(zhì)摩爾數(shù)之間的關(guān)系。j?理想氣體混合物的吉布斯自由能可以表示為： , , 0l n ( / )m ix i i T i i T u iG n g n g R T p p???? ? ?????式中 是 組分 i的摩爾數(shù) 。, ( ) ( )f i i j jjg g T g T?? ? ??? ?式中 是生成 1mol化合物所需元素的化學(xué)計(jì)量系數(shù) 。 由（ 3）式 : dG V dP S dT??[ ( ) ] 0d TS U PV V dP S dT? ? ? ? ?得 : 在等溫系統(tǒng) 中 dT=0 ， 上式可寫成 /udG V dP n R T dP P??)l n(00ppTnRGGu??由上式得到理想氣體混合物中某一組分 i的吉布斯自由能的表達(dá)式： , , 0ln ( / )i T i T u ig g R T P P???式中： 是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)壓力（即 ）下組分 i的吉布 斯自由能。 i i i iAA?? ????熱力學(xué)第二定律： 對(duì)于一個(gè) 孤立 系統(tǒng) 【 即與環(huán)境沒(méi)有能量 （熱量和功）或質(zhì)量交換的系統(tǒng) 】 ， 熵 只能增加或保持不變， 即 0?ds平衡態(tài)時(shí)： 0?dS—— 指明物理與化學(xué)過(guò)程進(jìn)行的方向 —— 平衡態(tài)時(shí)孤立系統(tǒng)的熵是可能的最大值 0?????? dUQP d VdUQW ???（ 1） 根據(jù)第二定律得： /0dS Q T??? （ 2） 因?yàn)?T， P是常數(shù)，上式可寫為 [ ( ) ] [ ] 0d TS U PV d TS H? ? ? ? ?或 [ ] 0d H TS??聯(lián)立方程（ 1）和（ 2），有 0T d S d U P d V? ? ?[ ( ) ] 0d TS U PV V dP S dT? ? ? ? ?（ 3） 考慮一個(gè)與外界有功（ pdV ） 和熱交換的系統(tǒng)，其中 T和 P 為常數(shù)， 對(duì)該系統(tǒng)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律得 令 —— 吉布斯函數(shù)（自由能 ） G H T S??所以，上式可寫成 平衡時(shí)： 0, ?PTdG—— 平衡態(tài)時(shí)吉布斯自由能為最小值 , 0TPdG ?—— 對(duì)一個(gè)等溫等壓過(guò)程，吉布斯自由能必須減小或保持不變 二、平衡常數(shù)法 為了計(jì)算燃燒產(chǎn)物組分，需要把吉布斯自由能與反應(yīng)系統(tǒng)中物質(zhì)濃度聯(lián)系起來(lái)。 燃燒產(chǎn)物成分的確定 : 化學(xué)平衡、元素守恒、能量守恒。 燃燒產(chǎn)物離解使燃燒不完全，放熱量減少，從而使燃燒溫度下降。 離解是吸熱反應(yīng) ,溫度越高，壓力越低，離解程度越大，吸熱也越多。 ② 在此例中，燃燒前后物質(zhì)的摩爾數(shù)保持不變
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