ю бы достаточно надежно. Однако даже в этом саучае при точном расчете необходимо учитывать термодинамическое равновеспе и химическую кинетику. Впрочем, если вспомнить те упрощающие предпосылки, которые мы были вынуждены сделать раньше при разработке теории, подобный учет может оказаться целесообразным лишь в редких случаях.

Пример 4-4. Полагая, что \.терод1Шя труба в примере 4-1 хо-1)Ошо теплонзолнровапа саарулчй, что на калсдом участке поверхности горения выделяется столько тепла, сколько теряется радиацией, и что начальная температура газа равна 4000, определить: а) температуру поверхности и б) температуру газа на выходе пз трубы

Решение а. Пз уравнений (4-25) и (4-28), подставляя/?гс15=/ с = iHO = о, получим:

, S-co, co . - l.u H.Oe + ВI Ts - сдУсо =-Г+В-

Пз баланса \чЛ[ерода

а 44 со,е + В

т. -л

12 1 + В

Подставляя найденное значение ihq и полагая 1~сТ. т. е. при-1Н1мая, что топливо и продукты ropeiEHH обладают одинаковой удельной теплоемкостью, получим:

- Tg) = со со=е -I- - со. со,г юо н.ое

= со j со,г + о>г + [ ii.og- со, co,s н,о ii.og-

По опубликованным данным (например. Spiers, 1950, сгр. 457) 943 кол/г СО, 1 Л(,о = 2 140 кал/г СО , рц 0° С. /1[о 3210 кол/г И,0 I

Принимая средгЕее значение тсЕЕЛоемкостп с = 0,28, полелеем:

943 (g-0,02 -h0.20-f0,05)-

т 428- 42,8- 100 5 - 2 140-0,02 - 3 210.0,05 =400 +--y-jg--~= 1 200° С.

Решение б. НетрудЕЕО расснигать значение энтальпии /. на выходе из трубы. В примере 4-1 были определСЕЕы значеЕЕИя и В ак что моЖЕЕО применить уравЕЕение (4-27), иололсцв Q = О ее

Однаки, ДЛИ того 4toui.i iiaiiTii температуру глза, необходимо располагать сведениями о его составе. Состав газа был рассчитан в примере 4-3 при некоторых произвольных допущениях. Начальное значение энтальпии (при с = 0,24):

!, cT-h mco,g- Лн.О H,Og=0.24.400 - 2 110-0,02-3 210-0,05== 96 - 42,8- 160,5 = - 107,3 л-й.?/.

Тогда из уравнения (4-27) найдем конечное значоние энтальпии;

- 107,3.1,048 0,140,28.1,200

1.188-+ 1J88-5,1 /сал/г.

Ив примера 4-3 имеем mQ 0,076, ;?!qq= 0,238, mpjQ = 0,044. Далее по уравпеиию (4-25) получил*;

сГ, = -55,1 -1-2 140-0,076 + 943.0,238 + 3 210-0,044 = 473 кал/г.

Принимая здесь с = 0,28, найдем Г; = 1 590° С.

Как видим, температура газа на вы.\оде из трубы существенно в1.;ше, чем температура поаер.чности топлива. Это показывает, что прн дальнейшем переходе углерода в поток газа ;ачпна10т протекать эндотерм;[ческае рсак;ипЕ.

Возможность н п 3 к о г е м н с р а т у р н о г о р е-ж и м а. При расчете температуры поверхности горящего в воздухе углерода мы пренебрегали потерями тепла. Однако отвод тепла от поверхности топлива радиацией часто составляет значительную долю тепла, выделяющегося при сгорании, что приводит к снижению темиературы. Температура может быть столь низка, что становится не-оиравданноп исходная предпосылка об образовании исключительно окиси углерода. Рассмотрим случай, когда поверхность не реакциоиноснособиа по отнощению к углекислоте и водяному пару, но сохраняет реакционную сио-собиость к кислороду, достаточную, чтобы снизить его концентрацию на поверхности до нуля, причем в резу.льта-те реакции образуется только углекислота.

Применяя методику, аналогичную рассмотренной выше, получим следующее выражение для параметра переноса:

Для атмосферного воздуха уравнение (4-30) дает В = = 0,087, т. е. ровно в 2 раза меньше полученного раньше значения.

Рис. 4-9 показывает изменение состава газа, характер; пое для этого случая. Кислород диффундирует к noeepS ности, углекистота - от нее; водяной пар остается ннерт ным. 138

Температура поверхности углерода также может быть определена по методике, аналогичной применявшейся выше. Найдем сначала параметр переноса, определенный из теплового ба,танса:

В = -

со/ о,в

-у с (Т - г,)

(4-31)

Приравнивая выражения для В из (4-30) и (4-31), получим,-

32 -0.1 \ 12 со,

Aco-Ql

(4-32)

/со, обозначает стандартное зт1ачепне энтальпии образова-44

1ПТЯ углекислоты, так что у2 со Ро стандартной теп.чо-

в угле-3,5 раза

творной снособпости углерода при его сгорании кислоту. Так как эта теплотворная способность в больше, чем при сгорании в окись углерода, тогда как количество потребляемо1-о кислорода бо.шше только в 2 раза, то, очевидно, при одинаковых условиях ci-орание в углекислоту определяет более высокие температуры поверхности. Падение температуры новерхно-сти благоприятствует образованию COj, что, как мы видели, приводит к иовышению температуры. Следовательно, возможна некоторая средняя температура, при которой на поверх1ЮСтн топлива образуются о,чповремеппо СО и СОг. Иа рис. 4-10 показаны профили концентраций для двух возможных случаев: а) при отсутствии горения СО в газовой фазе и б) при наличии горения. Кривые концентраций пара и водорода на рис. 4-10 не нанесены. В обоих случаях параметр переноса имеет одинаковое значение, так как граничные условия (состав газа в гютоке и на новерхности топлива) одинаковы. Однако в этом случае определение па-[оаметров нерепоса, необходи.мых для расчета состава газа, связано с большими трудностями и требует детальных - ведений о реакционной способности углерода, скорости массообмена, потерях тепла и т. д.

Рис. 4-9. Распределение концентраций в газе у поверхности углерода при низкотемпературном режиме.