РАЗДЕЛ 3. Основы теории горения.

ТЕМА 3.1. Основы термохимии.

Понятие о процессе сгорания. Уравнения химических реакций горения. Теорети­чески необходимое количество кислорода, окислителя и воздуха. Коэффициент избытка окислителя и воздуха. Теплотворность. Определение теплотворности, ко­личества тепла, топлива в ДВС и коэффициента избытка воздуха.

Рассмотрите принцип образования тепла в авиационных двигателях за счет химической энергии горючего. Уясните основные этапы горения: скрытое горение; видимое горения. Четко усвойте уравнения химических реакций горения. Научитесь рассчитывать теоретически необходимое количество кислорода, окислителя и воздуха. Детально разберите понятия топлива, топливо-воздушной смеси, коэффициента избытка воздуха, теплотворности.

Вопросы для самоконтроля:

1. Понятие о процессе сгорания. Основные периоды горения.

2. Дать определение фронта пламени.

3. Уравнения химических реакций горения.

4. Теоретически необходимое количество кислорода, окислителя и воздуха.

5. Коэффициент избытка окислителя и воздуха.

6. «Богатая» и «бедная» топливовоздушные смеси.

7. Дать определение теплотворности топлива.

8. Определениетеплотворности углеводородного топлива.

 

Требования к выполнению контрольной работы

При выполнении контрольной работы необходимо придерживаться следующих правил:

– к решению задач контрольного задания следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса

– задание составлено по вариантной системе. Номер варианта определяется кафедрой;

– условия задач переписывать полностью;

– в процессе решения сначала приводить формулы, затем подставлять в них соответствующие численные значения; размерность приводить только для результата вычисления;

– вычисления проводить только в международной системе СИ;

– решения иллюстрировать схемами и графиками (если требуется по условию);

– оставить поля для замечаний рецензента и 1…2 чистыестраницы для работы над ошибками.

– в тексте работы приводить ссылки на использованную литературу, а в конце контрольной работы – список использованной литературы.

Контрольная работа подписывается студентом. Прием контрольных работ на рецензию прекращается за 10 дней до начала лабораторно-экзаменационной сессии.Работы, выполненные по чужому варианту, не рассматриваются.

 

Задание 1 Газовые смеси и теплоемкости

Дано:

Газовая смесь имеет следующий (1)* процентный состав (2); давление смеси (4) в барах, объем смеси (5), температура смеси (6) в °С.

 

Требуется определить:

1) (3) состав смеси;

2) газовые постоянные компонентов и смеси;

3) среднюю молекулярную массу смеси через объемные и массо­вые доли;

4) парциальные давления компонентов через объемные и мас­совые доли;

5) массу смеси и компонентов;

6) парциальные объемы и плотности компонентов;

7) плотность компонентов и смеси при заданных условиях через объемные и массовые доли;

8) плотности компонентов и смеси при нормальных условиях через объемные и массовые доли;

9) истинные мольную, объемную (для 1 м³) и массовую тепло­емкости смеси при р = const и v = const для вышеуказанной тем­пературы смеси;

10) средние мольную, объемную и массовую теплоемкости при р = const и v = const для интервала температур (7);

11) затрату тепла на нагревание (охлаждение) при р = const двух молей, 5 м³ и 7 кг смеси в вышеуказанном интервале темпе­ратур.

*Примечание: Данные (1), (2), (3) и т.д. взять из таблицы в соответствии с вариантом.

 

Таблица данных и ответов к контрольному заданию

Вариант	(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	Ответы
СО2	Н2	СО	N2	Н2О	SO2	О2	μсм	Q', кДж	Q", кДж	Q'", кДж
	Объемный		-	-			-		Весовой	0,95			200-1000	29,66
	-«-		-			-	-		-«-	1,0			300-100	29,92
	-«-	-					-	-	-«-	0,9			1000-300	25,7
	-«-		-	-			-		-«-	1,05			600-200	29,72
	-«-	-					-	-	-«-	1,05			1000-100	24,40
	-«-					-	-	-	-«-	0,85			900-200	21,0
	-«-		-	-			-		-«-	0,70			700-500	29,90
	-«-	-				-	-	-	-«-	0,95			500-200	26,70
	-«-	-	-	-					-«-	1,0			800-300	30,70
	-«-		-	-			-		-«-	1,05			600-100	30,20
	-«-		-		-		-		-«-	1,15			750-250	31,90
	-«-		-	-			-		-«-	1,2			1000-500	30,35
	-«-					-	-	-	-«-	1,25			300-1300	27,92
	-«-		-	-			-		-«-	1,05			600-900	30,10
	-«-	-				-	-		-«-	0,85			1000-400	23,60
	Весовой		-			-		-	Объемный	1,2			850-350	33,16
	-«-	-		-			-		-«-	1,0			350-750	9,33
	-«-		-	-			-		-«-	0,90			9000-600	28,65
	-«-	-				-		-	-«-	1,0			450-300	23,04
	-«-	-		-		-			-«-	1,05			300-150	12,67
	-«-		-	-			-		-«-	1,05			800-300	28,61
	-«-	-				-	-		-«-	1,0			400-800	17,04
	-«-		-	-			-		-«-	0,95			800-300	29.14
	-«-					-	-	-	-«-	1,15			650-150	12,37
	-«-	-					-	-	-«-	0,85			150-1200	23,82
	-«-		-	-			-		-«-	1,0			300-800	29,61
	-«-	-				-		-	-«-	1,0			1200-1000	9,21
	-«-		-	-			-		-«-	0,90			400-900	28,78
	-«-	-				-		-	-«-	0,95			800-600	14,32
	-«-		-	-			-		-«-	1,0			600-100	28,42

Пример решения задания

Дано:

1. Смесь имеет следующий объемный состав:

СО2= 12%,	r СО2= 0,12
N2 = 75%,	r N2 = 0,75
Н2О = 8%,	r Н2О = 0,08
О2 =5%,	r О2= 0,05
Всего…..100%	ri =1,0

2. Объем смеси V_см= 3 м³

давление смеси р _см= 1 бар (10⁵ н/м²);.

температура смеси t _cм = 100°С (Т_см = 373К).

3. Температура, при которой определяется истинная теплоем­кость смеси t = 2000°С (Т = 2273К).

4. Интервал температур, для которого определяется средняя теплоемкость смеси:

t ₁ = 200°С (Т ₁ = 473К),

t ₂ = 1000°С (Т ₂ = 1273К).

 

Решение.

1. Определение массового состава смеси:

;

; ; ;

 

Определение объемного состава смеси при известном массовом составе:

2. Определение газовых постоянных компонентов смеси:

; ;

;

3. Определение газовой постоянной смеси:

4. Определение средней молекулярной массы смеси:

а) через объемные доли:

 

проверка:

б) через массовые доли:

5. Определение парциальных давлений компонентов:

а) через объемные доли:

б) черезмассовые доли:

 

6. Определение массы смеси:

7. Определение массы компонентов:

8. Определение парциальных объемов компонентов:

(при р _см и Т _см)

9. Определение парциальной плотности компонентов (при p_i и Т _см):

10. Определение плотности компонентов при заданных услови­ях (при p_i и Т _см):

11. Определение плотности смеси при заданных условиях (при p_см и Т _см):

а) через объемные доли:

б) через массовые доли:

в) через парциальные плотности компонентов:

12. Определение плотности компонентов при нормальных физи­ческих условиях (при р = 760 мм рт. ст. = 1,013 бар и t = 0° С; Т = 273° К):

13. Определение плотности смеси при нормальных условиях:

а) через объемные доли:

б) через массовые доли:

(Проверка )

14. Определение истинных теплоемкостей смеси (при t = 2000°С):

а) мольная:

б) объемная

в) массовая

 

15. Определение средних теплоемкостей смеси:

а) мольная:

где ;

Средняя мольная теплоемкость при постоянном давлении в заданном интервале температур:

 

По закону Майера:

 

Средняя мольная теплоемкость при постоянном объеме в заданном интервале температур:

 

б) объемная

в) массовая

 

Примечание. Средние мольные теплоемкости берутся из таблиц для температур t ₁ = 200° С и t ₂ = 1000° С.

 

16. Определение затраты тепла на нагревание в процессе:

а) двух молей смеси:

б) 5м³смеси:

в) 7кг смеси:

 

Приложения для выполнения контрольной работы:

Таблица1.