Тепломассообмен при испарении и горении капель жидких топлив (стр. 1 из 4)
Министерство образования и науки Украины
Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова
Кафедра теплофизики
Тепломассообмен при испарении и горении капель жидких топлив
«допустить к защите»
зав. кафедры теплофизики
профессор_Калинчак В.В.
«__»_________ 2003г.
Курсовая работа
студента IV курса физического факультета
Карабаджака Н.П.
Научный руководитель
профессор Калинчак В.В.
Одесса 2003 г.
1. Определение скорости испарения (горения) капли
2. Критическое условие воспламенения капли
3. гистерезис горения. срыв пламени
Литература
Управление процессом горения диспергированных жидких топлив в потоке путём изменения физико-химических характеристик потока представляет одно из перспективных направлений в теплоэнергетике. Такое управление с одной стороны позволяет регулировать скорость в критические условия горения капель жидких топлив с учётом особенностей камер сгорания и условий их эксплуатации. С другой стороны – увеличить тепловыделение за счёт догорания угарного газа СО до углекислого СО2, что в свою очередь позволяет решать очень актуальные задачи охраны окружающей среды. Задача интесификации процесса горения жидкого топлива, а, следовательно, получения максимального К.П.Д. решается двумя путями. Первый путь – изменение качественного состава топлива, достигается введением в жидкость различных добавок; второй связан с возможностью увеличения К.П.Д. благодаря увеличению процесса смесеобразования и изменению качественного состава газовой среды, в которой происходит горение жидкого топлива. Из литературы известно, что наличие паров воды в газовой фазе ускоряет протекание химических реакций углеводородов.
Задание величин скорости горения, скорости срыва пламени с капель жидких топлив и константы горения взависимости от относительного содержания кислорода и водяного пара в потоке, представляет несомненный интерес для решения вопросов об интесификации процесса горения жидкого топлива и следовательно получения максимального К.П.Д.
Определение скорости испарения (горения) капли.
1.1 Обзор литературы
Аналитическое рассмотрение процесса горения капли жидкого топлива основывается на учёте взаимного влияния факторов, определяющих химическую кинетику, тепломассообмен, испарение и другие явления, сопровождающие горение и обусловленные им. Очевидно, построение полной теоретической схемы процесса горения связано с преодолением чрезвычайно больших трудностей. Поэтому в теоретических работах рассматриваются идеализированные схемы с использованием ряда упрощающих предпосылок. Теория диффузионного горения одиночной капли топлива была впервые создана Г.А.Варшавским в 1945 году. Теории горения капли, созданные за рубежом, Сполдингом, Голдсмитом иПиннером[1,2], основаны на более упрощённых предпосылках, например, не учитывают зависимость коэффициентов теплопроводности от температуры. В последнее время появилось большое число работ, в которых учитывается конечность скорости химической реакции.
Основу диффузионной теории составляют следующие предпосылки:
1. Процесс рассматривается как квазистационарный,. Это значит, что не учитывается изменение полей температур и концентраций компонент газовой среды по мере выгорания капли.
2. Предполагается, что кинетическое сопротивление горению ничтожно по сравнению с диффузионным, т.е. скорость химического превращения намного больше скорости подвода компонентов реакции к зоне горения.
3. Поля температур и концентраций симметричны. Из этого следует, что горение происходит в очень узком слое, практически на поверхности. Состав смеси на этой поверхности должен соответствовать стехиометрии. Для чисто диффузного процесса концентрация кислорода и паров топлива должны быть нулевыми. 
После попадания капли в нагретый поток окислителя происходит её прогрев, испарение, диффузия паров и химическая реакция. Оценка времени прогрева до равновесной температуры показывает, что эта величина значительно меньше полного времени испарения капли. Через это время концентрация паров на поверхности капли, и её температура устанавливаются и далее не меняются. Поэтому для теоретического описания явления испарения (горения) воспользуемся квазистационарной (равновесной) моделью испарения в приближении пленки, на границе которой температура равна температуре среды, значительно большей, чем равновесная температура капли. Следует учесть, при высоких температурах окислительной среды перенос тепла и массы стефановским потоком,скорость которого 
(1.1)где
- массовая скорость испарения (горения) капли; 
- радиальная координата; 
- плотность газа.Уравнения теплопроводности и диффузии содержат член, определяющий источник и сток тепла и массы за счёт химической реакции. Уравнение теплопроводности имеет вид
(1.2)Уравнение диффузии для концентраций окислителя
и паров записываются аналогично 
(1.3) 
(1.4)
Эти уравнения записаны с учётом переноса тепла и массы стефановским потоком (левая часть уравнения (1.2) и (1.3), (1.4)).
Скорость реакции определим кинетическим уравнением второго порядка
(1.5)где
- молярная масса соответственно паров и окислителя.В уравнениях (1.2) – (1.5) приняты следующие обозначения:
- относительная массовая концентрации окислителя и паров; 
- удель-ная теплоёмкость газа; 
- коэффициент диффузии окислителя и паров; q – тепловой эффект реакции на единицу массы окислителя; 
- скорость реакции, определяемая изменением массовой концентрации окислителя и паров, 
; 
- коэффициент теплопроводности газа.Уравнения (1.2) и (1.3) дополним граничными условиями. На поверхности капли г=гк; Т(г=гк)= Тк; концентрация паров является насыщенной изависит от Тк по формуле Клаузиуса-Клапейрона
(1.6) 
- молярная масса воздуха (газа); 
- удельная теплота парообразования, Дж/кг; Мп - молярная масса паров, кг/моль; Tкнп- температура кипения жидкости; концентрация окислителя nок 
ок На поверхности приведенной пленки r=rпл; T(r=rпл)= 
; nг(r=rпл)= 0; nок(r=rпл)= nок,∞.При горении окислитель не доходит до поверхности капли nок,к = 0.Умножив уравнение (1.3) на q и сложив с (1.2), получим линейное уравнение, не содержащее Wок
(1.7)где Н = спТ + qnок - полная энтальпия окислителя. При получении (1.7) предполагалось, что Д = 
г. Поток энтальпии на поверхности капли расходуется на ее парообразование. То есть граничное условие, позволяющее определить массовую скорость испарения, имеет вид
(1.8)Используя (1.8), из (1.7) имеем выражение для потока энтальпии через произвольную поверхность радиуса r
(1.9)Учитывая граничные условия (r=rк, H=Hк и H=Hпл), разделяя переменные в (1.9) по r и H и интегрируя, получим