Образование окисла азота при горении водорода в сверхзвуковом потоке


1. Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 3

2. Физико.математическая модель течения ... ... ... ... ... ... ... ... 5

3. Обсуждение результатов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 11

4. Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14

5. Литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 15
Теоретическое и экспериментальное изучение горения водорода в сверхзвуковых течениях вызывает затруднения. Теоретическое исследование ослажнено тем, что закономерности горения при сверхзвуковых скоростях определяются интенсивностью процессов турбулентного обмена, скоростями химических реакций в потоке и влиянием газодинамических эффектов, сопровождающих тепловыделение. При этом каждый из перечисленных факторов может оказать существенное влияние на процес горения. Для числа Маха > 6 провести полномасштабные эксперменты в лабораторных условиях практически невозможно. Поэтому важное значение приобретает разработка надежного расчетно- теоретического метода анализа горения в сверхзвуковых потоках.
Из экспериментальных данных [1] следует, что смешение струи водорода со спутным потоком воздуха является одним из главных условий реализации сверхзвукового горения водорода.
Подробные экспериментальные данные о турбулентной структуре сверхзвуковых сдвиговых течений позволили изучить закономерности турбуленного смешения [2] и оценить применимость современных моделей турбулентности для их описания. В частности, установлена слабая анизотропия турбулентности в зоне смешения двух сверхзвуковых потоков [2].
В работе [3] расчеты горения звуковой пристенной струи водорода в сврхзвуковом потоке ( М = 2,44; T = 1270К ) проводились при условиях экспериментов, описанных в [4], где тангенциальный выдув водорода осуществлялся при статическом давлении, примерно, равном статическому давлению набегающего потока ( Р = 105 Н / м2 ). Полученные данные без воспламенения водорода, когда внешний поток не содержал кислорода ( ), а при горении водорода состав воздуха составлял
1. Забайкин В. А. Эффективность горения водорода в высокотемпературном сверхзвуковом потоке воздуха при различных способах инжекции // Физика горения и взрыва. 1999. Т. 35. № 2. С. 53-58.
2. Гобел С. Г., Даттон Дж. К. Экспериментальное исследование турбулентных слоев смешения в сжимаемом газе // Аэрокосм. Техника. 1991. № 2. С. 48-59.
3. Колесников О. М. Влияние пульсаций концентраций на воспломенение пристенной струи водорода в сверхзвуковом потоке // Физика горения и взрыва. 1985. Т. 21. № 1. С. 53-58.
4. Burrows M. C., Kurkov A. P. Supersonic Combustion of Hydrogen in a Vitiated Air Stream Using Stepped – Wall Injection // AIAA Paper. 1971. N 71-721.
5. Ершин Ш. А., Жапбасбаев У. К. Исследование диссипативных структур в газодинамическом участке сверхзвуковых струйных течений // Доклады МН-АН РК. 1997. № 4. С. 13-20.
6. Баев В. К., Головичев В. И., Третьяков П. К., Гаранин А. Ф., Константиновский В. А., Ясаков В. А. Горение в сверхзвуковом потоке // Новосибирск. Наука. 1984.
7. Жапбасбаев У. К., Макашев Е. П. Газодинамические структуры при сверхзвуковом горении водорода в системе плоских струй в сверхзвуковом потоке // Прикладная механика и техническая физика. 2001. Т. 42. № 1. С. 25-32.
8. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении // М.: Изд-во АН СССР. 1947. С.145.
9. Зельдович Я. Б., Баренблатт Г. И., Либрович В. Б., Махвиладзе Г. М. Математическая теория горения и взрыва // М. Наука. 1980.

Дисциплина: Физика
Тип работы:  Реферат
Объем: 6 страниц
Цена этой работы: 300 теңге
В избранное:   




Казахский Национальный университет им. аль-Фараби

Механико - математический факультет

Кафедра Механики

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

ОБРАЗОВАНИЕ ОКИСЛА АЗОТА ПРИ ГОРЕНИИ ВОДОРОДА В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ.

Выполнила:
студентка 4 курса
Рамазанова К. М.
Руководитель: д.т.н.
проф.
Жапбасбаев У. К.

Алматы
2003

Содержание

1. Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 3

2. Физико-математическая модель течения ... ... ... ... ... ... ... ... 5

3. Обсуждение результатов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 11

4. Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14

5. Литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 15

Введение

Теоретическое и экспериментальное изучение горения водорода в
сверхзвуковых течениях вызывает затруднения. Теоретическое исследование
ослажнено тем, что закономерности горения при сверхзвуковых скоростях
определяются интенсивностью процессов турбулентного обмена, скоростями
химических реакций в потоке и влиянием газодинамических эффектов,
сопровождающих тепловыделение. При этом каждый из перечисленных факторов
может оказать существенное влияние на процес горения. Для числа Маха 6
провести полномасштабные эксперменты в лабораторных условиях практически
невозможно. Поэтому важное значение приобретает разработка надежного
расчетно- теоретического метода анализа горения в сверхзвуковых потоках.
Из экспериментальных данных [1] следует, что смешение струи
водорода со спутным потоком воздуха является одним из главных условий
реализации сверхзвукового горения водорода.
Подробные экспериментальные данные о турбулентной структуре
сверхзвуковых сдвиговых течений позволили изучить закономерности
турбуленного смешения [2] и оценить применимость современных моделей
турбулентности для их описания. В частности, установлена слабая анизотропия
турбулентности в зоне смешения двух сверхзвуковых потоков [2].
В работе [3] расчеты горения звуковой пристенной струи водорода в
сврхзвуковом потоке ( М = 2,44; T = 1270К ) проводились при условиях
экспериментов, описанных в [4], где тангенциальный выдув водорода
осуществлялся при статическом давлении, примерно, равном статическому
давлению набегающего потока ( Р = 105 Н м2 ). Полученные данные без
воспламенения водорода, когда внешний поток не содержал кислорода (
), а при горении водорода состав воздуха составлял
Как показывают экспериментальные данные, при горении водорода в
высокоэнтальпийном потоке воздуха температура смеси в зоне горения
достигает (2600-2800)К. Такие высокие температуры газовой смеси вызывают
окисление молеекулы азота находящегося в составе воздуха. Поэтому,
представляет интерес изучения задачи образования окиси азота.
Окисление азота, сопровождающегося образованием окиси азота NO,
приобрело особое значение в последнее время, связи с экологическими
проблемами. Образование окиси азота неизбежно, когда в качестве окислителя
применяется воздух, содержащий 78% азота. К тому же для обеспечения полноты
горения соотношение горючего и воздуха регулируется так, что в продуктах
горения остается некоторый избыток кислорода.
При больших концентрациях NO окисляется дальше по реакции .
Наличие NO2 легко обнаруживается по желтой окраске дымовых газов. Двуокись
зота NO2 легко поглощается водой или щелочными растворами. Однако окисление
является истинной тримолекулярной реакцией и потому при малой
концентрации NO идет весьма медленно. Поэтому особую роль приобретает
процесс окисления азота и выяснение тех условий, при которых это реакция
подавлена.
В этой курсовой работе изучается механизм образования окиси азота при
диффузионном горении водорода в сверхзвуковом потоке воздуха.

Физико-математическая модель течения

Из плоских сопел высотой вытекает струя водорода со
сверхзвуковой скоростью в спутный сверхзвуковой поток воздуха,
движущийся со скоростью (рис.1). Газы струи и спутного потока могут
быть однородными или отличаться молекулярными весами, в частности, в струе
– смесь водорода с азотом, в потоке – воздух. Вследствие симметричности
течения, ось направлена вдоль плоскости симметрии струи, ось -
перпендикулярно ей. Так как система спутных струй периодически
повторяющаяся, то можно выделить полосу шириной , ограниченную
плоскостями симметрии струи и смежного воздушного потока и рассматривать
решение задачи в этой области, заменив отброшенную симметрии вдоль
плоскостей и (влияние трения на стенках канала не учитывается
)[5].
Течение во всей области предполагается сверхзвуковым, газ
считается вязким, теплопроводным, химически реагирующим, а режим течения –
турбулентным.
Для описания осредненного течения воспользуемся параболизованной
системой уравнений Навье-Стокса осредненного по Рейнольдсу, которую можно
записать в следующем виде:
уравнение неразрывности:

(1)
уравнения движения:
, (2)

, (3)
уравнение энергии:

(4)

уравнение переноса вещества:

, (5)

Рисунок 1. Схема течения

где - удельная внутренняя энергия, - продольная и поперечная
составляющие скорости, - плотность, - давление, - массовая
концентрация - компонента, - скорость образования -
компонента,- коэффициент вихревой турбулентной вязкости, -
турбулентные аналоги чисел Прандтля, Шмидта.
Все величины входящие в уравнение (1) - (5), безразмерные. В
качестве масштабов выбраны: скорость , плотность водорода ,
высота . Координаты отнесены к , компоненты скорости
и к , плотность к , давление к , удельная
внутренняя энергия к , турбулентная вязкость к .

Уравнение состояния совершенного газа записывается в виде

,
(6)

где - молекулярная масса -го компонента смеси: -
универсальная газовая постоянная.
Полная энергия

, (7)

где - удельная теплоемкость при постоянном объеме.
Коэффициент турбулентной динамической вязкости определялся на
основе однопараметрической - модели турбулентности:

,
(8)
где - длина пути смешения.
Кинетическая энергия турбулентности находиться из уравнения

, (9)

Константы модели принимают следующие значения:

- определяется из эмпирического выражения

,
(10)

где - соответственно, максимальное и минимальное значение
продольной скорости в данном сечении.

Скорость горения водорода в воздухе и образование окисления азота
описывается механизмом , в котором учтены концентрации шести активных
веществ () [6]:

Система уравнений (1) – (10) интегрировалась при следующих
граничных условиях:

1) в начальном ... продолжение
Похожие работы
Безопасность при работе с ЭВМ
Образование казахского ханства
Образование и падение государства кимаков
Монгольское завоевание и образование улусов
Аэросиноптические условия в районе Алматы в октябре при выходе южных циклонов
Объемы переработки нефти в Республике Казахстан
Строительство мусороперерабатывающего завода мощностью 180 тыс. тонн в год
Организация защиты населения при наводнениях
Управление рисками при потребительском кредите
Ценообразование на факторы производства при совершенной конкуренции
Дисциплины
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь