احتراق استوکیومتری چیست؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesamiرهام حسامی

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1450

سپاس: 3078

جنسیت:

تماس:

احتراق استوکیومتری چیست؟

پست توسط rohamjpl »

احتراق استوکیومتری یک موقعیت نظری است که در آن مقدار بهینه اکسیژن و ترکیب سوخت بیشترین گرمای ممکن را تولید می کند و حداکثر راندمان احتراق را به دست می آورد. هیچ مواد قابل احتراق نسوخته و هوای اضافی وجود ندارد. این چیزی است که باید برای آن تلاش کرد، اگرچه در واقعیت وجود ندارداحتراق استوکیومتری به این معنی است که φ = 1.0.
منظور از نسبت سوخت استوکیومتری هوا در احتراق چیست؟
نسبت استوکیومتری نسبت دقیق بین هوا و گاز یا بخار قابل اشتعال است که در آن احتراق کامل انجام می شود. ... نسبت استوکیومتری نه خیلی غنی است و نه خیلی ناب. فقط حاوی اکسیژن کافی برای سوزاندن تمام سوخت است
استوکیومتری بر اساس قانون بقای جرم است که در آن جرم کل واکنش دهنده ها برابر با جرم کل محصولات است، که منجر به این بینش می شود که روابط بین مقادیر واکنش دهنده ها و محصولات معمولاً نسبتی از اعداد صحیح مثبت را تشکیل می دهد. به این معنی که اگر مقدار واکنش دهنده های جداگانه مشخص باشد، می توان مقدار محصول را محاسبه کرد. برعکس، اگر یک واکنش دهنده مقدار مشخصی داشته باشد و بتوان مقدار محصولات را به صورت تجربی تعیین کرد، می توان مقدار واکنش دهنده های دیگر را نیز محاسبه کرد.استوکیومتری گاز با واکنش‌های شامل گازها سروکار دارد، جایی که گازها در دما، فشار و حجم مشخصی هستند و می‌توان آنها را گازهای ایده‌آل فرض کرد. برای گازها، نسبت حجمی به طور ایده آل با قانون گاز ایده آل یکسان است، اما نسبت جرمی یک واکنش منفرد باید از جرم مولکولی واکنش دهنده ها و محصولات محاسبه شود. در عمل به دلیل وجود ایزوتوپ ها در محاسبه نسبت جرم به جای آن از جرم مولی استفاده می شود.${\displaystyle {\ce {CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}}}$در اینجا یک مولکول متان با دو مولکول گاز اکسیژن واکنش داده و یک مولکول دی اکسید کربن و دو مولکول آب تولید می کند. این معادله شیمیایی خاص نمونه ای از احتراق کامل است.
احتراق استوکیومتری چیست؟
ما احتراق استوکیومتری را احتراق بدون هوای اضافی یا کمبود می نامیم که در آن تمام اکسیژن موجود به طور کامل مصرف می شود. با فرض اینکه نیتروژن فقط در نسبت های ناچیز واکنش می دهد و پس از آن یافت می شود.احتراق استوکیومتری، نظری یا کامل، فرآیند ایده آلی است که در آن یک هیدروکربن به طور کامل به دی اکسید کربن و آب کاهش می یابد و اکسیژن مصرف می کند (یا اگر عناصر دیگر وجود داشته باشند، همه آنها نیز اکسید می شوند، مانند ترکیبات گوگردی که دی اکسید گوگرد تولید می کنند، اما همانطور که شما می تواند ببیند، نه به حداکثر حالت اکسیداسیون، تری اکسید گوگرد در احتراق واقعی تولید نمی شود)
به دلایل واضح به آن استوکیومتری می گویند، مقادیر استوکیومتری هیدروکربن و اکسیژن/آب دی اکسید کربن مصرف/تولید می شود. قرار است یک واکنش کامل باشد.
اما نظری نیز نامیده می شود، زیرا در زندگی واقعی چنین اتفاقی نمی افتد. در عمل، زنجیره‌های طولانی هیدروکربنی آنطور که انتظار می‌رود به طور کامل از بین نمی‌روند، محصولات فرعی به دست می‌آیند، نه تنها دی‌اکسید کربن تشکیل می‌شود، بلکه مونوکسید کربن، کربن عنصری نسوخته نیز به‌وجود می‌آید و مانند هر واکنش شیمیایی، به پایان نمی‌رسد.
همچنین، اگر اکسیژن کافی وجود نداشته باشد (حداقل مقدار استوکیومتری)، احتراق ناقص رخ می دهد و تقریباً منحصراً مونوکسید کربن (مواد سمی) تولید می کند. در برخی موارد، مانند فرآیندهای احتراق سوخت، فرآیند دیگری به نام پیرولیز، قبل از احتراق اتفاق می‌افتد. در این احتراق ناقص، محصولات حاصل از پیرولیز نسوخته باقی می‌مانند و آلاینده‌های مهم تولید می‌شوند، مانند محصول اکسیداسیون جزئی اتانول می‌تواند استالدئید تولید کند که واقعا سمی است (LD50 بسیار کوچک) و بسیار بسیار قابل اشتعال (نقطه اشتعال زیر صفر درجه سانتی‌گراد).
احتراق یک واکنش شیمیایی اکسیداتیو گرمازا است که بیشتر در فاز گازی است که نور، گرما و دود در یک جبهه شعله تقریبا آدیاباتیک تولید می کند. ... مطالعه احتراق بر اساس موضوع کلی تر ترمودینامیک واکنش های شیمیایی است که معمولاً ترموشیمی نامیده می شود.
چرا احتراق با فشار ثابت در موتورهای جت اتفاق می افتد؟کمپرسور توربین گاز سیکل برایتون، جریان جرم زیادی از هوا را با فشاری که با سرعت پره ها و گام آنها متفاوت است، به محفظه های احتراق ارائه می کند. در حال حاضر فرض می کنیم که هر دوی اینها ثابت هستند. گرما با سوزاندن سوخت با آن در محفظه‌های احتراق به هوای فشرده اضافه می‌شود و گاز داغ حاصل آزادانه به سمت و سپس از طریق توربین قدرت منبسط می‌شود. این بدان معناست که با وقوع فرآیند احتراق، حجم بسته گازی که در محفظه احتراق گرم می شود در حال گسترش است و از آنجایی که جهت آن انبساط به سمت نازل اگزوز است، تداوم جریان مستلزم آن است که هر بسته گازی که از محفظه های احتراق عبور می کند باید شتاب بگیرد. .
به این ترتیب، فرآیند افزودن حرارت توربین گاز در حجم متغیر اما فشار کم و بیش ثابت رخ می دهد. (از آنجایی که گازی که در موتور جریان دارد شتاب می گیرد، نیرویی به آن وارد می شود. نیروی واکنش حاصله، خروجی رانش موتور است.)
در یک پالس جت، فرآیند افزودن گرما ثابت نیست: در فواصل زمانی جداگانه اتفاق می‌افتد، و انفجار یک بار گسسته از سوخت و هوا به قدری سریع اتفاق می‌افتد که افزودن گرما به عنوان یک رویداد تقریباً آنی مدل‌سازی می‌شود، بدون اینکه زمانی برای در حین احتراق، گازها شروع به انبساط کنند. بدون زمان انبساط، افزودن گرما در حجم کم و بیش ثابت اتفاق می افتد.
هدف از احتراق در یک توربین گاز چیست؟فرض کنید یک کمپرسور و یک توربین دارید اما هیچ احتراق بین آنها وجود ندارد. سپس می توانیم فرآیندها را در این ماشین به صورت زیر تعریف کنیم:
1 تا 2: فشرده سازی ایزنتروپیک (برای سادگی)
2 تا 3: هیچی
3 تا 4: انبساط ایزنتروپیک (در توربین)
من از شما می خواهم که در این مرحله یک نمودار P-V رسم کنید. خواهید دید که چرخه شما هیچ ناحیه بسته ای روی منحنی P-V نخواهد داشت، بنابراین چرخه هیچ کاری بر روی هوای ورودی به آن انجام نمی دهد.
اکنون یک محفظه احتراق بین 2 تا 3 اضافه کنید. سپس در این ناحیه، با استفاده از گاز ایده آل، خواهید دید که می توانید فشار را در حجم ثابت افزایش دهید و بنابراین در واقع یک ناحیه غیر ضروری را زیر منحنی خود در نمودار PV محصور کنید. . بنابراین، ماشین قادر به انجام کار بر روی جریان است که استفاده اصلی آن است.مرسوم است که بازده احتراق را بر حسب آزاد شدن حرارت واقعی در محفظه احتراق در شرایط واقعی در مقایسه با گرمای بالقوه آزاد شده توسط احتراق شیمیایی همان مقدار سوخت در حضور هوای کافی برای احتراق استوکیومتری تعریف کنیم. با این حال، با استفاده از این مفهوم مقایسه افزایش دمای ایده‌آل و واقعی، نمودار می‌تواند برای تعیین سریع راندمان احتراق از نمودار افزایش دما برای نسبت سوخت به هوا با مقادیر مشابه برای n_b استفاده شود.
نسبت هم ارزی هوا به سوخت (λ)
نسبت هم ارزی هوا به سوخت، λ (لامبدا)، نسبت AFR واقعی به استوکیومتری برای یک مخلوط معین است. λ = 1.0 در استوکیومتری، مخلوط های غنی λ < 1.0، و مخلوط های بدون چربی λ > 1.0 است.${\displaystyle \lambda ={\frac {\mathrm {AFR} }{\mathrm {AFR} _{\text{stoich}}}}} {\displaystyle \lambda ={\frac {\mathrm {AFR} }{\mathrm {AFR} _{\text{stoich}}}}}$
نسبت هم ارزی سوخت به هوا (φ)
نسبت هم ارزی سوخت به هوا، φ (ph) یک سیستم به عنوان نسبت نسبت سوخت به اکسیدکننده به نسبت سوخت به اکسیدکننده استوکیومتری تعریف می‌شود. از نظر ریاضی،${\displaystyle \phi ={\frac {\mbox{fuel-to-oxidizer ratio}}{({\mbox{fuel-to-oxidizer ratio}})_{\text{st}}}}={\frac {m_{\text{fuel}}/m_{\text{ox}}}{\left(m_{\text{fuel}}/m_{\text{ox}}\right)_{\text{st}}}}={\frac {n_{\text{fuel}}/n_{\text{ox}}}{\left(n_{\text{fuel}}/n_{\text{ox}}\right)_{\text{st}}}}}$..I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست