燃气-空气热物性计算
基于美国NIST 网站数据库以及相应的计算软件REFPROPV8.0,拟合出多种气体的特性(如密度、定压比热容、导热系数和粘性系数等)与温度之间的关系,然后将其视为理想气体,依据理想气体混合法计算燃气或者空气的热物性。
常见气体组分
1定压比热
利用插值法拟合出各气体的定压比热随温度变化的方程,方程形式如下:
C Pi =
αk (T /1000)k 7k =0
kJ /(kg ∙K )
混合气体的定压比热容:
C P = x i C Pi n
1
x i −组分气体的质量百分数;n −混合气体的组分种类数。
定压比热系数
计算出每一组分的定压比热后,对其进行温度积分即可得到该组分的焓值: i = C P dt T
T 0
= αk (T 1000)k +1−αk 273.151000 k +1
7
k =0∙1000/(k +1) kJ /kg
混合气体的比焓:
= x i i n
1
x i −组分气体的质量百分数;n −混合气体的组分种类数。
3熵函数计算
等熵绝热过程热力计算: 熵的定义:
ds =dq T =C p dT −vdp T =C p dT T −R dp p
工质经过等熵绝热过程由状态1到状态2 ,对上式积分得:
s 2−s 1=dq T = C p
dT T T 2T 1− R dp p P 2
P 1
=0
则:
C p
dT
T
T 2T 1
=R ∙ln P 2
P 1
C p dT
T
T 2T
1
的取值只与过程始末的温度有关,因此可以定义:
Φ T =
C p dT
Φ T 2 −Φ T 1 =
C p dT T 2T 1
Φ T 为工质的状态函数,是温度的单值函数,简称熵函数。
于是有:
Φ T 2 −Φ T 1 =R ∙ln P 2
P 1
=R ∙ln π
计算出每一组分的定压比热后,对其进行温度积分即可得到该组分的熵函数值:
Φi = C P T dt T
T 0
=α0 ln T 1000 −ln 273.151000 + αk (T 1000)k −αk 273.151000 k
7k =1/k
kJ /(kg ∙K )
混合气体的熵函数:
Φ= x i Φi n
1
x i −组分气体的质量百分数;n −混合气体的组分种类数。
由上一节分析可知,单一气体的比熵值为:
s i =
C p
dT T 2T 0
−R ∙ln P 2
混合气体的比熵:
s = x i s i n
1
x i −组分气体的质量百分数;n −混合气体的组分种类数。
其中,基准值T 0=273.15K ,P 0=101325Pa 。
5燃烧过程分析
燃料燃烧化学方程式:
C x H y O z N u S v + x +v +y 4−z 2 O 2→x ∙CO 2+y 2H 2O +u
2N 2+v ∙SO 2
假定:油气比为f ,空气质量为1kg ,则燃料质量为f kg ,燃气质量为(1+f )kg 。
燃烧后的组分
燃烧后的组分质量计算
6混合气焓值/熵函数值计算焓值计算:
= SO
2
∙m SO
2
+ N
2
∙m N
2
+ CO
2
∙m CO
2
+ H
2O
∙m H
20
+ air− O
2
∙m O
2
1+f
熵值计算:
s=s SO
2
∙m SO
2
+s N
2
∙m N
2
+s CO
2
∙m CO
2
+s H
2O
∙m H
20
+s air−s O
2
∙m O
2
1+f
附:常用元素原子和气体分子的摩尔质量
常用元素原子和气体分子的摩尔质量(g/mol)
附:运动黏度计算方法
有时在气动计算中需要考虑气体的粘性系数。
常见气体的运动粘度系数计算如下:
μuPa∙s=b k
T 1000
k
9
k=0
运动粘度系数
已知混合气体各组分的粘性系数之后,便可通过Wilke半经验公式求得混合气体的粘性系数,即:
μ=
μi
1+1
x i
x iϕij
j=1,j≠i
n
i=1
ϕij=1+ μi/μj0.5 M j/M i0.25
2
81+M i/M j
x i−组分气体的摩尔百分数;M−g各组分的摩尔质量。