Горение топлива и снижение вредных выбросов. Определение времени прогрева капель жидкого топлива. Анализ балансового уравнения общего содержания продуктов сгорания топлива

                                   ГОРЕНИЕ ТОПЛИВА

 И СНИЖЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ

                               ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

 по одноименному курсу для студентов специальности 1-43 01 05 «Промышленная теплоэнергетика»         дневной и заочной форм обучения

Гомель 2010

Рекомендовано научно-методическим советом  энергетического факультета ГГТУ им. П. О. Сухого

Приведены краткие теоретические сведения и порядок выполнения лабораторных работ по  следующим темам: определение времени прогрева и выгорания капель жидкого топлива; определение влияния коэффициента избытка воздуха на содержание в продуктах сгорания трехатомных газов; определение влияния различных факторов на содержание оксидов серы в продуктах сгорания топлива; определение устойчивого режима работы горелки, предназначенной для сжигания газа.

Для студентов специальности 1-43 01 05 «Промышленная  теплоэнергетика» дневной и заочной форм обучения.

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПРОГРЕВА КАПЕЛЬ 

ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Цель работы: определить время прогрева холодных капель с T₀  20C солярного масла до достижения на их поверхности температуры кипения.

Теоретическая часть 

Для расчета времени прогрева капли топлива от холодного состояния до температуры кипения можно воспользоваться критерием нестационарного теплообмена Био:

                            ( / 2)    Nu   ^г

                Bi                         ,  (1.1)

                                    ж                  2    ж где  Nu – критерий теплообмена от газов к капле топлива (при малых скоростях обтекания капли или когда капли движутся вместе с потоком Nu2);

_г ,_ж – коэффициент теплопроводности газов и жидкого топлива; 

 – диаметр капли, м; 

Для нестационарного теплообмена при Bi 1,0 и одинаковой температуре во всех точках шара:

                            (/ 2)²           и⁰

  ln ,  (1.2) 3Bia_ж и л^ж где a_ж   – коэффициент  температуропроводности жидсж cж кости; 

и₀ T_ср T₀; иT_ср T ;

T и T₀ – конечная и начальная температуры капли топлива; T_ср – температура греющей среды.

Уравнение баланса массы для испаряющейся и горящей по диффузионному горению капли:

с_ж  рд3   рд2 q_пdф,  (1.3) d      6          

где q_п – удельный поток паров от капли в газовый поток;        с_ж – плотность жидкости;

 – время протекания процесса.

При переходе от плоской задачи к сферической следует принимать  Д/д1/Nu .

По закону Срезневского:

д² д₀² kф,  (1.4) где ₀ – начальный диаметр капли; Коэффициент горения:

 4 

k с_ж NuФ(T_г ,T_кип),  (1.5) 

r

Ф(T_г ,T_кип)   , (1.6)

с_pп где с_pп – теплоёмкость паров топлива, кДж/(кг·˚С),       r – теплота парообразования топлива, кДж/кг.

Полученные формулы относятся к случаю сравнения больших скоростей обтекания капель потоком и для расчета горения капель в неподвижной среде, когда Nu →2.

При горении крупных капель при обтекании их потоком с относительными их скоростями Nu ≈2,5 (при относительных скоростях около 1 м/с, как в топках котлов).

По вышеуказанным формулам можно произвести расчет испарения капли негорючей жидкости (или горючей жидкости, но без воспламенения), если задана температура среды T_ср.

В случае многофункциональных топлив при горении капель не происходит разгона фракций, так как скорость перемешивания внутри капли гораздо меньше скорости испарения.

Ход работы

Определить время прогрева холодных капель с T₀  20C солярового масла до достижения на их поверхности температуры кипения T 200C.

Исходные данные

 =0,01; 0,1; 1,0; 2,0 мм – диаметр капель; с_ж =900 кг/м³ – плотность солярового масла;  _ж=0,1163 Вт/(м·˚С) – теплопроводность топлива; c_ж =2,093 кДж/(кг·˚С) – теплоемкость топлива; _г=0,0698 Вт/(м·˚С) – теплопроводность газов; T_ср=1200 ˚С – температура газов.

1.  По формуле (1.1) подставляя _г ,_ж и Nu =2, найти Bi.

2.  По формуле (1.2) для различных  определить , найдя предварительно  a_ж =0,62 мм²/с

Таблица 1.1

, мм	0,01	0,1	1,0	2,0
, сек

3.  В результате выполнения работы необходимо построить графическую зависимость влияния размера капель на время прогрева капель до температуры кипения  f () и сделать соответствующие выводы.

Контрольные вопросы

1.  Какие определяемые критерии характеризуют процесс подогрева капель жидкости?

2.  Определение времени прогрева капли жидкого топлива.

3.  Определение коэффициента горения.

4.  Как влияет размер капель на время прогрева капель до температуры кипения?

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ВЫГОРАНИЯ КАПЕЛЬ 

МАЗУТА В ФАКЕЛЕ ПРЯМОТОЧНОЙ ГОРЕЛКИ

Цель работы: определить время выгорания капель мазута диаметром