Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. - Основные характеристики горения (1043377), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Результаты теоретического расчета электрофизических харак­теристик продуктов сгорания далеко не всегда совпадают с экспе­риментальными данными, так как реальные пламена не находятся в термодинамическом равновесии, в них могут происходить процес­сы хемиионизации, ионизации с поверхности конденсированных частиц и т. п. Эти процессы термодинамический расчет не учиты­вает.

§ 5. ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ

Под теплотворной способностью понимают теплоту полного сго­рания единицы массы вещества. В ней учитываются потери тепла, связанные с диссоциацией продуктов сгорания и незавершенностью химических реакций горения. Теплотворная способность — это мак­симально возможная теплота сгорания единицы массы вещества.

Определяют теплотворную способность элементов, их соедине­ний и топливных смесей. Для элементов она численно равна теп­лоте образования продукта сгорания. Теплотворная способность смесей является аддитивной величиной и может быть найдена, ес­ли известна теплотворная способность компонентов смеси.

Горение происходит не только за счет образования окислов, по­этому в широком смысле можно говорить о теплотворной способ­ности элементов и их соединений не только в кислороде, а и при взаимодействии с фтором, хлором, азотом, бором, углеродом крем­нием, серой и фосфором.

Теплотворная способность является важной характеристикой Она позволяет оценить и сравнить с другими максимально воз­можное тепловыделение той или иной окислительно-восстанови­тельной реакции и определить по отношению к нему полноту про­текания реальных процессов горения. Знание теплотворной способ­ности необходимо при выборе компонентов топлив и смесей раз­личного назначения и при оценке их полноты сгорания.

Различают высшую H_В и низшую H_Н теплотворные способности Высшая теплотворная способность в отличие от низшей включает теплоту фазовых превращений (конденсации, затвердевания) про­дуктов сгорания при охлаждении до комнатной температуры. Та­ким образом, высшая теплотворная способность — это теплота пол­ного сгорания вещества, когда физическое состояние продуктов сгорания рассматривается при комнатной температуре, а низшая— при температуре горения. Высшую теплотворную способность опре­деляют сжиганием вещества в калориметрической бомбе или расчетным способом. Она включает в себя, в частности, теплоту, выде­ляющуюся при конденсации паров воды, которая при 298 К равна

кДж/моль (10,52 ккал/моль). Низшую теплотворную способ­ность рассчитывают без учета теплоты конденсации паров воды например, по формуле [25, с. 107]

где % Н — процентное содержание водорода в топливе.

Если при значениях теплотворной способности указывается фи­зическое состояние продуктов сгорания (твердое, жидкое или газообразное), в этом случае индексы «высшая» и «низшая» обыч­но опускаются.

Рассмотрим теплотворную способность углеводородов и эле­ментов в кислороде, отнесенную к единице массы исходного горю­чего Низшая теплотворная способность отличается от высшей у парафинов в среднем на 3220—3350 кДж/кг (770—800 ккал/кг), у олефинов и нафтенов —на 3140—3220 кДж/кг (750—770 ккал/кг), у бензола —на 1590 кДж/кг (380 ккал/кг) [25, с. 109]. При экс­периментальном определении теплотворной способности следует иметь в виду, что в калориметрической бомбе вещество сгорает при постоянном объеме, а в реальных условиях — часто при постоян­ном давлении. Поправка на разность условий горения составляет для твердого топлива от 2,1 до 12,6, для мазута — около 33,5, бен­зина—46,1 кДж/кг, а для газа достигает 210 кДж/м³. Практиче­ски эту поправку вводят только при определении теплотворной спо­собности газа.

Зависимость высшей теплотворной способности от отношения атомов С/Н углеводородов различных рядов приведена в работе [25]. У парафинов теплотворная способность уменьшается с увели­чением температуры кипения и увеличением отношения С/Н. У мо­ноциклических алициклических углеводородов это изменение зна­чительно меньше. В ряду бензола теплотворная способность возрастает при переходе к высшим гомологам за счет боковой цепи. Двуядерные ароматические углеводороды имеют более низкую тепло­творную способность, чем ряд бензола.

Всего лишь несколько элементов и их соединений имеют тепло­творную способность, превышающую теплотворную способность углеводородных горючих. К числу этих элементов относятся водо­род бор, бериллий, литий, их соединения и несколько элемент-органических соединений бора и бериллия. Теплотворная способ­ность таких элементов, как сера, натрий, ниобий, цирконий, каль­ций ванадий, титан, фосфор, магний, кремний и алюминий, лежит в пределах 9210-32240 кДж/ кг (2200—7700 ккал/кг). У осталь­ных элементов периодической системы теплотворная способность не превышает 8374 кДж/кг (2000 ккал/кг). Данные по высшей теп­лотворной способности различного класса горючих приведены в

табл. I. 12.

Для жидких углеводородов, метанола и этанола теплотворная способность приведена для жидкого исходного состояния.

Теплотворная способность некоторых горючих была рассчита­на нами на ЭВМ. Она составляет для магния 24,75 и алюминия 31 08 кДж/кг (состояние окислов твердое) и практически совпада­ет с данными табл. 1.12. Высшая теплотворная способность пара­фина С₂₆Н₅₄, нафталина С₁₀Н₈, антрацена С₁₄Н₁₀ и уротропина C₆H₁₂N₄ составляет соответственно 47,00, 40,20, 39,80 и 29,80, а низ­шая - 43,70, 39,00, 38,40 и 28,00 кДж/кг.

В работе [93, с. 81] рассмотрены применительно к ракетным топливам теплоты сгорания различных элементов в кислороде и

Таблица 1.12. Высшая теплотворная способность различных горючих в кислороде (отнесенная к единице массы горючего) [11, 16, 25]

фторе, отнесенные к единице массы продуктов сгорания. Теплоты сгорания рассчитаны для состояния продуктов сгорания при тем­пературе 2700 К и приведены на рис. 1.11 и в табл. 1.13.

Как видно, для получения максимальных теплот сгорания наи­более предпочтительны вещества, содержащие водород, литий и бе­риллий, и во вторую очередь — бор, магний, алюминий и кремний. Преимущество водорода вследствие малого молекулярного веса продуктов сгорания очевидно. Следует отметить преимущество бе­риллия вследствие большой теплоты сгорания.

Рис. 1.11. Теплота сгорания элементов в кислороде (1} и фторе (2), рассчитанная на кг продуктов сгорания [93].

Характеристики

Список файлов книги