Қарапайым химиялық реакция жүйесі - Simple chemical reacting system

Бұл мақалада бірнеше мәселе бар. Өтінемін көмектесіңіз оны жақсарту немесе осы мәселелерді талқылау талқылау беті. (Бұл шаблон хабарламаларын қалай және қашан жою керектігін біліп алыңыз) Бұл мақала болып табылады жетім, басқа мақалалар сияқты емес оған сілтеме. өтінемін сілтемелерді енгізу осы параққа қатысты мақалалар; көріңіз Сілтеме құралын табыңыз ұсыныстар үшін. (Желтоқсан 2012) Бұл мақала оқырмандардың көпшілігінің түсінуіне тым техникалық болуы мүмкін. өтінемін оны жақсартуға көмектесу дейін оны мамандар емес адамдарға түсінікті етіңіз, техникалық мәліметтерді жоймай. (Желтоқсан 2012) (Бұл шаблон хабарламасын қалай және қашан жою керектігін біліп алыңыз) (Бұл шаблон хабарламасын қалай және қашан жою керектігін біліп алыңыз)

The қарапайым химиялық реакция жүйесі (SCRS) бірі болып табылады үшін жану модельдері сұйықтықты есептеу динамикасы. Бұл модель жану процесін анықтауға көмектеседі, бұл көптеген инженерлік қосымшаларда қолданылатын өмірлік құбылыс авиациялық қозғалтқыштар, ішкі жану қозғалтқыштары, ракета қозғалтқыштары, өндірістік пештер және электр станциясының жанғыштары. Қарапайым химиялық реакция жүйесі (SCRS) ғаламдық табиғатты білдіреді жану тек соңғы түрлер концентрациясын қарастыратын процесс. Әдетте процестің егжей-тегжейлі кинетикасы ескерілмейді және ол жанудың аралық заттарсыз ғаламдық бір саты арқылы жүретіні туралы постулаттар жасайды.^[1] Шексіз жылдам химиялық реакция тотықтырғыштармен стехиометриялық пропорцияда реакцияға түсіп, өнім түзеді. SCRS реакцияны қайтымсыз деп санайды, яғни кері реакция жылдамдығы өте төмен деп саналады.^[2]

1 кг отын + с кг тотықтырғыш → (1 + s) кг өнімдер

Үшін жану метан газының теңдеуі болады

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

1 моль CH₄ + 2 моль O₂ → 1 моль CO₂ + 2 моль H₂O

Жоғарыда келтірілген теңдеудің стехиометриялық пропорциялары бойынша берілген

1 кг CH₄ + (64/16) кг O₂ → (1+ 64/16) кг өнім

Отын мен оттегінің массалық фракцияларының тасымалдау теңдеулері болып табылады

${ displaystyle {d ( rho m_ {fu}) over dt} + div ( rho m_ {fu} u) = div (R_ {fu} .gradm_ {fu}) + S_ {fu}}$^[2]

${ displaystyle {d ( rho m_ {ox}) over dt} + div ( rho m_ {ox} u) = div (R_ {ox} .gradm_ {ox}) + S_ {ox}}$^[2]

Енді 'Φ' айнымалысын қарастырайық

Φ = см_фу - м_өгіз

Тасымалдау теңдеулерінде пайда болатын жаппай тасымалдау коэффициенттері тұрақты деп қабылданады және ‘R-ге тең_Φ’

Енді отын мен оттектің тасымалдау теңдеулерін былай жазуға болады

${ displaystyle {d ( rho phi) over dt} + div ( rho phi u) = div (R _ { phi} .grad phi) + (s.S_ {fu} -S_ {ox} )}$

Реакцияны бір саты деп болжай отырып, біз шексіз жылдамдықпен қорытынды жасай аламыз_фу - С_өгіз =0

Енді көлік теңдеуі төмендейді

${ displaystyle {d ( rho phi) over dt} + div ( rho phi u) = div (R _ { phi} .grad phi)}$

Енді өлшемді емес айнымалы ‘f’ қоспасының бөлігін ‘Φ’ анықтаймыз, аламыз

${ displaystyle f = { frac { phi - phi _ {0}} { phi _ {1} - phi _ {0}}}}$^[2]

Мұндағы ‘1’ жұрнағы отын ағынын, ал ‘0’ оттегі ағынын білдіреді.

Егер қоспада тек оттегі болса, қоспаның фракциясы ‘f’ ‘0’ мәнімен, ал егер тек отын болса ‘1’ арқылы беріледі.

Енді біз жоғарыдағы қоспаның теңдеуіндегі ‘Φ’ мәнін алмастырамыз

${ displaystyle f = { frac {[sm_ {fu} -m_ {ox}] - [sm_ {fu} -m_ {ox}] _ {0}} {[sm_ {fu} -m_ {ox}] _ {1} - [sm_ {fu} -m_ {ox}] _ {0}}}}$

Жанармай ағынында [м_фу]₁ = 1, [м_өгіз]₁ = 0 және оттегі ағынында [м_фу]₀ = 0, [м_өгіз]₀ = 1

Жоғарыда келтірілген теңдеуді жеңілдетіп аламыз

${ displaystyle f = { frac {sm_ {fu} -m_ {ox} + m_ {ox, 0}} {sm_ {fu, 1} + m_ {ox, 0}}}}$

Енді ‘f жаңа айнымалысын анықтаймыз_ст’, Өнімдерде оттегі мен отын жоқ стехиометриялық қоспаны береді

${ displaystyle f_ {st} = { frac {m_ {ox, 0}} {sm_ {fu, 1} + m_ {ox, 0}}}}$

Жылдам химиялық реакциялар кезінде

1. Егер реакцияға түсетін заттарда оттегінің мөлшері артық болса, өнімдерде отын қалмайды. Содан кейін m_фу = 0, м_өгіз > 0 және f ст арқылы беріледі

${ displaystyle f = { frac {-m_ {ox} + m_ {ox, 0}} {sm_ {fu, 1} + m_ {ox, 0}}}}$

2. Егер реакцияға түсетін заттардың құрамында отын мөлшері артық болса, өнімдерде оттегі қалмайды. Содан кейін m_фу > 0, м_өгіз = 0 және f> f_ст арқылы беріледі

${ displaystyle f = { frac {sm_ {fu} + m_ {ox, 0}} {sm_ {fu, 1} + m_ {ox, 0}}}}$

Мұнда ‘Φ’ пассивті скаляр болып табылады және ол скалярлық тасымалдау теңдеуіне бағынады. Қоспаның ‘f’ фракциясы ‘Φ’ -ге сызықтық байланысты, сондықтан ол пассивті скаляр болып табылады және скалярлық тасымалдау теңдеуіне бағынады. Енді көлік теңдеуін келесі түрде жазуға болады

${ displaystyle {d ( rho uf) over dt} + div ( rho fu) = div (R_ {f} .gradf)}$

Оттегінің және отынның бастапқы белгілі массаларынан біз осы мәндердің жануынан кейін берілген массаларын арқылы анықтай аламыз

${ displaystyle m_ {fu} = { frac {f-f_ {st}} {1-f_ {st}}} сол жақ (m_ {fu, 1} оң), f_ {st}$

${ displaystyle m_ {ox} = { frac {f_ {st} -f} {f_ {st}}} сол жақ (m_ {ox, 0} оң), 0$

Реакцияға қатыспайтын оттегімен бірге болатын көптеген инертті газдар бар. Осы инертті газдардың жанудан кейінгі массасының үлесін ‘f’ -нің кез келген мәні үшін алуға болады

м_жылы = м_{, 0}(1 - f) + m_{жылы, 1}. f

Сол сияқты жану өнімдерінің массалық үлесі алынған

м_пр = 1 - (м_фу + м_жылы + м_өгіз)

SCRS-те келесі болжамдар жасалады:

1. Аралық сатыларды қоспағанда, реакторлар арасындағы бір сатылы реакция.^[1][3]

2. Массалық үлесінен асып кететін реактив барлық басқа әрекеттесушілерді стехиометриялық түрде тұтынады.^[3]

Жоғарыда келтірілген болжамдар f қоспасы мен барлық массалық фракциялар арасындағы қатынастарды шешеді. Сонымен, жану ағындарын есептеу үшін массалық үлес үшін жеке дербес дифференциалдық теңдеулерді есептемей, тек бір парциалды дифференциалдық теңдеуді шешу керек.

Әдебиеттер тізімі