2 Пример расчета теплофизических характеристик газовой смеси при выполнении курсового проекта по теме

”Измерение нестационарных температур газовых потоков

Термоэлектрическими датчиками”

Исходные данные

Измеряемая среда: Продукты сгорания керосина во влажном атмосферном воздухе с относительной влажностью и температурой

Коэффициент избытка окислителя .

Рабочие значения параметров продуктов сгорания:

- температура смеси ;

- абсолютное давление смеси .

Для построения математической модели термоэлектрического датчика температуры, предназначенного для измерения нестационарных температур газовых потоков, требуется рассчитать тепловые сопротивления между некоторыми элементами датчика и газовым потоком. Формулы тепловых сопротивлений содержат коэффициенты теплообмена, которые, в свою очередь, зависят от теплофизических параметров газового потока.

Из [7], в частности, следует, что для расчета коэффициентов теплообмена требуется определить, по крайней мере, следующие теплофизические характеристики газового потока (продуктов сгорания):

- плотность продуктов сгорания в ;

- динамическую вязкость продуктов сгорания в ;

- кинематическую вязкость продуктов сгорания в ;

- коэффициент теплопроводности продуктов сгорания

в ;

- удельную изобарную теплоемкость продуктов сгорания

в ;

- коэффициент температуропроводности продуктов сгорания

в .

Расчет указанных теплофизических характеристик может быть произведен в следующей последовательности.

2.1 Определяется давление насыщенного пара во влажном атмосферном воздухе с давлениеми заданной температурой по таблице А.3.

При и

.

2.2 Вычисляется паросодержание по формуле

2.3 Из таблицы 3 определяется массовый стехиометрический коэффициент и массовые доли,икомпонентов продуктов сгорания керосина в сухом воздухе при=1:

= 17,46 ;

= 0,7177;

= 0,2017;

= 0,0806.

2.4 Вычисляются массовые доли ,икомпонентов продуктов сгорания во влажном воздухе при= 1:

где

После подстановки имеем:

Проверяется условие (3):

2.5 Вычисляются массовые доли ,,ивлажного воздуха по соотношениям:

Проверяется условие (3):

2.6 Вычисляются массовые доли ,,ипродуктов сгорания керосина во влажном воздухе при= 3 по формулам:

Проверяется условие (3):

2.7 Вычисляется кажущаяся (средняя) молярная масса продуктов сгорания:

2.8 Вычисляются объемные (молярные) доли компонентов в продуктах сгорания:

Проверяется условие (4):

2.9 Вычисляются парциальные давления компонентов продуктов сгорания по формуле (5) с точностью до двух знаков после запятой:

После подстановки имеем:

2.10 По данным справочника [17] составляются таблицы из близлежащих по температуре и давлению ТФХ компонентов продуктов сгорания для проведения интерполяции.

Таблица Б.9 - Теплофизические характеристики азота

при температуре

1,0	1,0035	1168	410,2	0,0675
5,0	1,0175	1172	411,2	0,0680

Таблица Б.10 - Теплофизические характеристики диоксида углерода

при температуре

0,1	1,0002	1234	409,6	0,0674
1,0	1,0020	1236	410,3	0,0675

Таблица Б.11 – Теплофизические характеристики водяного пара

при температуре

0,1	0,9997	2290	379,8	0,0976
1,0	0,9974	2302	380,4	0,0978

Таблица Б.12 - Теплофизические характеристики кислорода

при температуре

0,1	1,0003	1089	487,7	0,0736
1,0	1,0026	1090	487,9	0,0737

2.11 С помощью интерполяционных формул и данных из таблиц Б.9 – Б.12 вычисляются ТФХ компонентов продуктов сгорания и сводятся в таблицу Б.13.

Для удобства пользования составленной таблицей и проведения дальнейших расчетов каждому компоненту может быть присвоен свой номер, а физические константы и ТФХ компонентов следует при этом проиндексировать соответствующими номерами.

Формула линейной одномерной интерполяции в этом случае примет вид:

где - значение искомой ТФХ компонента продуктов сгорания при

парциальном давлении ();

- ближайшее меньшее табличное значение давления;

- ближайшее большее табличное значение давления;

- табличное значение ТФХ при давлении ;

- табличное значение ТФХ при давлении .

Таблица Б.13 - Теплофизические характеристики компонентов продуктов

сгорания при температуре и соответствующих

парциальных давлениях

, номер компо- нента	Компо- нент продук- тов сго- рания	Объем- ная доля	,	Парциа- льное давление
1		0,75965	28,013	1,90	1,0066	1169	410,4	0,0676
2		0,04346	44,011	0,11	1,0002	1234	409,6	0,0674
3		0,06031	18,015	0,15	0,9992	2291	380,0	0,0976
4		0,13658	32,000	0,34	1,0009	1089	487,8	0,0736

2.12 Вычисляется фактор сжимаемости продуктов сгорания:

2.13 Вычисляется плотность продуктов сгорания:

2.14 Вычисляется динамический коэффициент вязкости продуктов сгорания в последовательности, приведенной в пункте 1.9 предыдущего примера расчета ТФХ газовой смеси.

В итоге коэффициент динамической вязкости продуктов сгорания равен:

2.15 Вычисляется коэффициент кинематической вязкости продуктов сгорания по формуле:

После подстановки имеем

2.16 Вычисляется коэффициент теплопроводности продуктов сгорания по формуле

где

В принятых индексах формула примет вид:

где

Коэффициенты имеют вид:

…………………………………………………………………………………….

После подстановки числовых значений входящих величин коэффициенты принимают значения, которые сведены в таблицу Б.14.

Таблица Б.14 - Значения коэффициентов

Индекс
1		2		3		4
Индекс	1		1		1,04241		0,86878		0,95912
	2		1,02401		1		0,88446		0,97489
	3		1,27110		1,51008		1		1,25602
	4		1,04812		1,06473		0,90989		1

При рассчитанных коэффициентах и объемных доляхвычисляются комплексы,результирующие значения которых приведены в таблице Б.15.

Таблица Б.15 - Значения комплексов

0,98834	1,00784	1.26307	1,03393

В итоге коэффициент теплопроводности продуктов сгорания равен:

2.17 Вычисляется удельная изобарная теплоемкость продуктов сгорания по формуле:

После подстановки в формулу удельная изобарная теплоемкость продуктов сгорания равна

2.18 Вычисляется коэффициент температуропроводности продуктов сгорания по формуле:

После подстановку в формулу значений имеем

В итоге теплофизические характеристики продуктов сгорания равны:

= 8,57 - плотность продуктов сгорания;

= 420,0 · 10^-7 - динамическая вязкость продуктов сгорания;

= 49,01 · 10^-7 - кинематическая вязкость продуктов сгорания;

= 0,0692 - коэффициент теплопроводности

продуктов сгорания;

= 1204- удельная изобарная теплоемкость

продуктов сгорания;

= 67,12·10^-7 - коэффициент температуропроводности

продуктов сгорания.