3.2. Определение состава и количества продуктов сгорания

Метод установления этих показателей не отличается от используемого выше при расчете количества расходуемого воздуха и основывается на тех же общих уравнениях. Для примера рассмотрим процедуру расчета количеств и состава продуктов сгорания газа следующего состава: 75 % СН₄, 3 % С₂Н₆, 1 % С₃Н₈ и 2 % СО₂.

Для горения 100 молей газа данного состава необходимо подвести количество кислорода:

1) для горения метана

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О 75 · 2 = 150 молей О₂;

2) для горения этана

С₂Н₆ + 3,5О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О 3 · 3,5 = 10,5 молей О₂;

3) для горения пропана

С₃Н₈ + 5О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О 1 · 5 = 5 молей О₂;

__________________________________________________

Всего: 165,5 молей О₂.

С этим количеством кислорода с воздухом поступит азота

165,5 · 3,762 = 622,6 моля.

Для горения будет подано воздуха

165,5 + 622,6 = 788,1 моля.

В продукты сгорания газа войдут продукты окисления горючих его компонентов, содержащаяся в нем двуокись углерода СО₂ и азот, внесенный в топку с воздухом.

Количество каждого продукта найдем из следующего расчета. Запишем реакции горения компонентов газа:

СО2	Н2О
1) 75 · 1 = 75 молей	1) 75 · 2 = 150 молей
2) 3 · 2 = 6 «	2) 3 · 3 = 9 «
3) 1 · 3 = 3 «	3) 1 · 4 = 4 «
4) с газом вносится 21 моль
Итого: 105 молей	Итого: 163 моля

С воздухом вносится и переходит в продукты сгорания газа 622,6 моля азота.

Всего при сжигании 100 молей газа получается 105+163+622,6=890,6 моля продуктов сгорания, а на 1 моль (1 м³) соответственно V_т = 8,906 м³.

Состав продуктов сгорания по объему определяется следующим образом:

	моль/м3	%
CO2	105	11,8
H2O	163	18,3
N2	622,6	69,9
Итого:	890,6	100,0

3.3. Определение теплоемкости продуктов сгорания

Количество тепла, заключенное в каком-либо теле, увеличивается (или уменьшается) при изменении его температуры. Коэффициент пропорциональности между количеством подведенной к телу теплоты и изменением его температуры называется теплоемкостью . Удобнее пользоваться понятием теплоемкости, отнесенной к единице массы Удельной теплоемкостью какого-либо тела называется количество тепла, которое необходимо сообщить единице массы (или объема), чтобы повысить его температуру на 1 градус.

Как правило, теплоемкость всех тел (твердых, жидких и газообразных) зависит от температуры. Для газов, в отличие от твердых и жидких тел, теплоемкость в сильной степени зависит и от других внешних параметров (давление, объем), при которых происходит отнятие или сообщение тепла. Поэтому для газов различают теплоемкость при постоянном давлении и теплоемкость при постоянном объеме . Теплоемкость при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме. Соотношения между ними характеризуются следующими равенствами:

;

,

где R – универсальная газовая постоянная, кал/моль·град.; k – показатель адиабаты рассматриваемого газа.

Величина показателя адиабаты k зависит от структуры молекул газа: для одноатомных газов (аргон, гелий и др. ) 1,67, для двухатомных (кислород, азот, окись углерода) 1,4, а для многоатомных (CO₂, SO₂, H₂O и пр.) 1,33.

В инженерной практике чаще используется изобарная теплоемкость. Зависимость ее от температуры для различных газов в справочной литературе обычно задается уравнениями:

или ,

по которым может быть определена истинная теплоемкость тела при любой температуре и построен график зависимости для рассматриваемого вещества. Площадь под кривой есть теплота, которой обладает вещество – .

В инженерной практике обычно пользуются не истинными, а средними теплоемкостями. Средняя теплоемкость для заданного интервала температур представляет собой число, равное значению

.