2. Смешение газовых потоков

1. Температура смеси газовых потоков

Пусть в проточной смесительной камере смешиваются n потоков, массовые расходы которых равныG_H1 ,G_{H 2},…,G_{H n} , объемные расходы -Q_H1,Q_{H 2},… ,Q_{H n} , а начальные температуры и давления -Т_{H 1},Т_{H 2},…,Т_{H n}и

Р_{H 1},Р_{H 2},…,Р_{H n} .

Давление газов в смесителе P_смявляется величиной задаваемой из каких-либо соображений и устанавливаемой за счет дросселерования газовых потоков с помощью регулирующей арматуры (задвижек, клапанов и т. п.), установленной перед входом в смеситель. Это давление не должно быть больше минимального изP_{H i} , т. е. должно выполняться условие:

P_см (P_{H i}) _min .

Здесь: i = 1, 2, 3, …, n.

Если газы при смешении не совершают технической работы, то, полагая процесс смешенияадиабатным, т. е. идущим без теплообмена с окружающей средой, ипренебрегая кинетической энергии потока, первое начало термодинамикидля газового потока можно записать в следующем виде:

Здесь: i_см– удельная энтальпия смеси газов;

i_{H i}- удельная энтальпияi-го газа с начальной температуройТ_{H i} ;

G_см– массовый расход потока после смесителя.

Но, как известно, di = C_p dT, откуда:

и

Здесь: - средняя в диапазоне0 -Т⁰Кмассовая изобарная

теплоемкость смеси газов;

- средняя в диапазоне0 -Т_{H i}массовая изобарная

теплоемкость i-го газа.

Дальнейший вывод формул для температуры смеси потоков газа аналогичен выводу для случая смешения газов при сохранении постоянного объема, но вместо изохорной теплоемкости С_v в уравнения подставляется изобарнаяС_p.

Тогда по аналогии с формулами предыдущего параграфа 2.1 можно сразу записать:

, (2.2.1)

или

, (2.2.2)

В тех случаях, когда эмпирическая зависимость теплоемкости от температуры дается для температуры в градусах Цельсия, формулы (2.2.1) и (2.2.2) приобретают соответственно следующий вид:

(2.2.5)

или

(2.2.6)

Значения температуры смеси в формулах (2.2.1), (2.2.2), (2.2.5), (2.2.6) определяются методом последовательных приближений.

2. Объемный расход смеси газовых потоков

В отличие от массового расхода G_см величина объемного расхода смесиQ_смв общем случаене равна сумме объемных расходов компонентов и определяется из уравнения состояния идеального газа, записанного для единицы времени:

.

Т. к.. , то

(2.2.3)

Если выразить G_iчерез параметры начального состоянияi-го потока

,

то получим еще одну формулу для объемного расхода смеси:

(2.2.4)

2.2.3. Частные случаи смешения газовых потоков

Рассмотрим несколько частных случаев формул (2.2.1) и (2.2.2).

1. Если приближенно принять, что

,

т. е. пренебречь зависимостью показателей адиабаты К_iот температуры,

то формула (2.2.1) запишется в следующем виде:

(2.2.7)

Эта формула может быть использована в качестве первого приближения для температуры смеси Т в формулах (2.2.1) и (2.2.2).

2. Если все газы, образующие смесь, имеют одинаковые и постоянные (или близкие) во всем диапазоне температур мольные теплоемкости, т.е.

,

то формула (2.2.2) упрощается:

(2.2.8)

3. Если помимо одинаковых мольных теплоемкостей (как в частном случае 2) все газы имеют одинаковое начальное давление, т. е.

,

то формула (2.2.8) принимает следующий вид:

(2.2.9)

Формула 2.2.4 для случая одинаковых начальных давлений () запишется как:

(2.2.10)

Если, кроме P_{H i} равны между собой еще и начальные температурыТ_{H i} , то

(2.2.11)

Литература.

1. Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. Перевод с англ. – М.: Химия; 1974. -

2. Розловский А. И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. М.: Химия; 1972. – 90 с.

3. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. – М.: ИИЛ; 1961. – 929 с.

4. Рид Д., Праусниц, Шервуд. Свойства газов и жидкости. – М.: Мир; 1984. – с.

5. Стаскевич Н. Л., Северинец Г. Н., Вигдорчик Д. Я. Справочник по газоснабжению и использованию газа. – Л.: Недра, 1990. – 762 с.

Ижевский государственный технический университет

Институт городского хозяйства

Диденко В. Н.

Газовые смеси.

Смешение газов.

Ижевск 2002

Газовые смеси. Смешение газов. Методическое пособие к дисциплинам «Термодинамика», «Теплотехника», «Газоснабжение», «Химическая термодинамика и энергетика топлива», «Физико-химические основы горения топлива» специальностей 29.07.00 «Теплогазоснабжение и вентиляция» и 29.08.00 «Водоснабжение и водоотведение»

Составитель: проф., д. т. н.

Диденко Валерий Николаевич

Методическое пособие содержит систематизированные теоретические сведения, необходимые для осознанного и грамотного использования зависимостей, приводимых в технической литературе, для расчета термодинамических параметров и функций, а также теплофизических характеристик газовых смесей.

Целью методического пособия является устранение существующего пробела в доказательной части содержания разделов «газовые смеси» современных учебников и справочников по термодинамике, теплотехнике и газоснабжению.

Методическое пособие предназначено для студентов технических специальностей, инженеров-теплотехников и аспирантов.

© Ижевский государственный технический университет, 2002

© Институт городского хозяйства, 2002

© Диденко Валерий Николаевич, 2002.