Материал: Топливо, газовые смеси и теплоемкость

Топливо, газовые смеси и теплоемкость

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего образования

Волгоградский Государственный Технический университет

Кировский вечерний факультет

Семестровая работа по дисциплине:

Теплотехника

На тему:

ТОПЛИВО, ГАЗОВЫЕ СМЕСИ И ТЕПЛОЕМКОСТЬ

Выполнил: студент гр.ТВБ-385

Шелудченко Б.Д.

Проверил: доц. Горюнов В.А.

Волгоград 2015

Условие

топливо сжигание температура окислитель

В промышленной печи при постоянном давлении сжигают топливо (этанол). В качестве окислителя используют воздух с температурой T₁=660К. Заданы коэффициенты избытка воздуха: а= 1,0 и коэффициент полноты сгорания топлива ζ =0,9. Определить теоретическое значение максимальной температуры горения Тг. Теплотой, вносимой топливом, пренебречь.

Таб. №1. Состав и теплота сгорания топлива

Таб. №2. Формулы средних изохорных массовых теплоемкостей (c_v)

Таб. №3. Результаты расчета

Максимальная теоретическая температура сгорания находится с помощью уравнения теплового баланса:

ζQ_H +Q_o =Q_п.сг.

где: Q_o - Теплота, вносимая окислителем;

ζ - Коэффициент полноты сгорания топлива;

Qn. Сг - Теплота, полученная продуктами сгорания;

Находим теплоту, выделяющуюся при сжигании топлива (ζQ_h).

Из таблицы 2 берется значение Q_h:

Q_h=27100 кДж/кг

Из таблицы 1 берется значение ζ (в моём варианте ζ=0,9)

ζ*Q_H=0,9*27100=24390 кДж/кг

Находим теплоту, вносимую окислителем:

Q_o= С_р.возд. *m_возд*T₁

Определяем среднюю изохорную массовую теплоемкость воздуха по формуле, приведенной в таблице №2

c_{v возд=}0,691 + 7,1*10^-5*660=0,73786 кДж/кг*К

Вычисляем среднюю изобарную массовую теплоемкость по формуле Майера:

Ср возд= c_{v возд}+R=0.73786+0.287=1.02486 кДж/кг*К

Определяем теоретически необходимую массу воздуха:

m^o возд=2,67* C^p+8H^p- O^p/0,23= (2,67*0,52+8*0,13-0,35)/0,23= (1,3884+1,04-0,35)/0,23=2,0784/0,23=9,0365 Кг/Кг

Определяем действительную массу воздуха:

m_возд=а*m^o_возд=1,0*9,0365 =9,0365 Кг/Кг

Определяем Q_o:

Q_o=С_р.возд. *m_возд*T₁=1.02486*9,0365*660=6112.36 кДж/кг

Вычисляем теплоту, внесённую окислителем и сгоревшим топливом:

ζQ_H +Q_o=24390+6112.36=30502.36 кДж/кг

Находим теплоту продуктов сгорания (Qn.Сг):

Q_n.Сг= С_Р, п.сг*m_{п, сг*}T₂.

а) Определяем массу продуктов сгорания:

m_{п, сг}=1+m_возд=1+9,0365=10.0365

b) Вычисляем массовые доли компонентов в продуктах сгорания:

g_co2=m_co2/m_{п, сг}=3.67*С_Р/ m_{п, сг}=3.67*0.52/10.0365=0.1901

g_H2o=m_H2o/ m_{п, сг}=9*H^p/ m_{п, сг}=9*0.13/10.0365=0.1166

g_o2=m_o2/m_{п, сг}=0.23*(a-1) *m^o_возд/m_{п, сг}=0.23*(1.0-1) *9,0365/ 10.0365=0_N2=m_N2/m_{п, сг}=0.77*a*m^o_возд/m_{п, сг}=0.77*1.0*9,0365/10.0365 = =0.693

c) Находим среднюю изобарную массовую теплоемкость продуктов сгорания по формуле:

С_Р, п. сг=_g(co2) * С_р(co2) + _{g(H2o) *} С_{р (H2O)} + _{g(o2) *}С_р(O2) + _{g(N2) *}С_р(N2) =

Находим изобарные теплоемкости компонентов продуктов сгорания:

a)      c_v(co2) = 0,775 + 11,7*10^-5*Т₂

b)      c_v(H2o) =1.328+28.07*10^-5*Т₂

c)       c_v(O2) =0.628+6.75*10^-5*Т₂

d)      c_v(N2) =0.716+7.54*10^-5*Т₂

Используя формулу Майера находим с_р.:

1. С_р(co2) =c_v(co2) +R=0.775+11.7*10^-5*Т₂+0.189=0.964+11.7*10^-5*Т₂

2. С_{р (H2O) =}c_v(H2o) +R=1.328+28.07*10^-5*Т₂+0.462=1.79+28.07*10^-5*Т₂

3. С_{р(O2) =}c_v(O2) +R=0.628+6.75*10^-5*Т₂+0.260=0.888+6.75*10^-5*Т₂

4. С_р(N2) = c_v(N2) +R=0.716+7.54*10^-5*Т₂+0.297=1.013+7.54*10^-5*Т₂

Таким образом находим среднюю изобарную массовую теплоемкость продуктов сгорания по формуле:

С_Р, п. сг=_g(co2) * С_р(co2) + _{g(H2o) *} С_{р (H2O)} + _{g(o2) *}С_р(O2) + _{g(N2) *}С_р(N2) =0.1901*(0.964+11.7*10^-5*Т₂₎ +0.1166*(1.79+28.07*10^-5*Т₂) +0*(0.888+6.75*10^-5*Т₂) +0.693*(1.013+7.54*10^-5*Т₂) =0,1832+2,2242*10^-5*Т₂+0,2087+3,2729*10^-5*Т₂+0+0,702+5,2252*10^-5*Т₂=1,0939+10,7223*10^-5*Т₂=1,0939+10,7223*10^-5*3934.89= =1.516

Находим теплоту продуктов сгорания Q_n.Сг:

Q_n.Сг= С_Р, п.сг*m_{п, сг*}T₂=(1,0939+10,7223*10^-5*Т₂) *10.0365*T₂

Используя уравнение теплового баланса определяем максимальную теоретическую температуру горения(T₂):

ζQ_h= Q_n.Сг

=(1,0939+10,7223*10^-5*Т₂) *10.0365*T₂ сокращаем обе стороны на 10.0365:

10.7223*10^-5*(Т₂)²+1.09369*T₂ ^-2430.13=0₂=

= -1.09369 + 1,495/0,000214=1875 К