Дипломная работа: Экспериментальные исследования процесса тепломассообмена и химических реакций углерода с газами

Рис.1. Температурные зависимости скоростей химических реакций пористой углеродной частицы в воздухе, плотностей химического тепловыделения, констант скоростей химических реакций, коэффициента массообмена, эффективной константы внутреннего реагирования  и скорости стефановского течения

 а) 1 - , 2 -  расчет по формуле (36), 3 - WC без учета стефановского течения, 4 - без учета внутреннего реагирования, °°°°° - эксперимент Головиной [5],

б) 1 - , 2 - , 3 - , 4 – расчет по формуле (36),

в) 1 - , 2 - , 3 - , 4 - протекание реакции 2С+О2=2СО в диффузионном режиме(расчет по формуле (35).

г) 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-. (d = 1.5∙10-2 м, V=0,6 м/с, =293К).

3.2. Влияние диаметра частицы на скорости химического превращения и тепломассообмен.

На рис. 2 (а-в) представлены кривые  и  при различных температурах частицы (Т=1000, 1500, 2000 К). С повышением температуры качественный ход этих зависимостей изменяется. При низких температурах на кривой  имеется максимум, такой ход зависимости подтверждается экспериментальными данными [11]. Концентрация  монотонно уменьшается, а  и  - увеличиваются, при чем концентрация  растет в большей степени. Максимум на кривой  определяется конкуренцией процессов внутрипористого  реагирования и  процессов, протекающих на внешней поверхности частицы при фактически малом участии в процессе внешней поверхности. Увеличение температуры от 1100 К до 1500 К приводит к смещению максимума на зависимости  в область малых диаметров и повышению роли реакции на внешней поверхности частицы (рис. 1 в).

а) Т = 1000 К

б) Т=1500 К

в) Т=2000К

Рис2. Зависимости скорости химического превращения углерода от размера частицы ( 1- , 2 - , 3- ) и концентраций газообразных компонент на поверхности от размера частицы ( 1 - , 2 - , 3 -).

         Дальнейшее повышение температуры до 2000 К приводит к смещению реакции на внешнюю поверхность. При больших диметрах преимущественным продуктом реакции становится СО. На кривой  появляется максимум, определяемый конкуренцией процессов появления СО2 в реакции (І) и исчезновение в реакции (ІІІ).

ЛИТЕРАТУРА

1. Основы практической теории горения / Под ред. В.В. Померанцева. ― Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 312 с.

2. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. ― М.: Наука, 1987. ― 502 с.

3. Калинчак В. В. Влияние стефановского течения и конвекции на кинетику химических реакций тепломассообмена углеродных частиц с газами // Инженерно-физический журнал. ― 2001. ― Т. 74, № 2. – С. 51 – 56.

4. Калинчак В.В., Орловская С.Г., Калинчак А.И., Дубинский А.В. Высоко- и низкотемпературный  тепломассообмен углеродной частицы с воздухом при учете стефановского течения и теплопотерь излучением // Теплофизика высоких температур.  - 1996. - Т.34, № 1. - С. 83 - 91.

5. Головина Е.С. Высокотемпературное горение и газификация углерода, - М.,1986. – 176 с.

6.Букатый В.И., Суторихин И.А. Высокотемпературное горение углеродных частиц в поле лазерного излучения // Физика горения и взрыва. – 1988. – Т.24, №3.-С.9-11.

7. Калинчак В.В., Орловская С.Г., Мандель А.В. Устойчивые и критические режимы тепло- и массообмена частицы, находящейся в поле лазерного излучения // Физика горения и взрыва.-1999.-Т.35, №6.-С.1-6.

8. Калинчак В. В., Орловская С. Г., Гулеватая О. Н. Высокотемпературный тепломассообмен нагреваемой лазерным излучением углеродной частицы с учетом стефановского течения на ее поверхности // Физика аэродисперсных систем. – 2001. – Т. 38. ― С. 158 – 169.

9. Калинчак В.В., Садковский В.И., Харлампиева Н.А. Влияние внутренней диффузии на критические условия и характеристики высоко- и низкотемпературных состояний углеродной частицы // Теплофизика высоких температур. -1997. - Т.35, №1.- С.73-79.

10. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. Часть первая. ― М.: Наука, 1987. – 464 с.

11. Канторович Б.В. Введение в теорию горения  и газификации твердого топлива. -  М.: Гос-ное н.-т. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1960.- 356с.