Экспериментальные исследования процесса тепломассообмена и химических реакций углерода с газами (стр. 6 из 6)
. (36)3. Аналіз влияния температури и диаметра частицы на кинетику химических реакций и тепломассообмен углеродной частицы с газами.
3.1. Влияние температуры при заданном диаметре частицы.
Расчеты скоростей химических реакций (
, 
, 
), плотностей химического тепловыделения ( 
, 
, 
) и относительных массовых концентраций газообразных компонент на поверхности углеродной частицы ( 
, 
, 
) проводились по формулам 
, 
, 
, 
, 
, 
при следующих параметрах:
=1,234·107, 
=6,859·106, 
=3,989·106 Дж/кг О2; 
= 2,188·105, 
= 4,721·105, 
= 2,228·105 м/с; 
= 1,67·105, 
= 1,837·105, 
= 3,674·105 Дж/моль; 
=8,31 Дж/(моль·К); 
= 2·105 м-1; постоянные величины: 
= 0,178·10-4 м2/с; 
=1,293кг/м3; 
=0,0244Вт·м/К определены для 
=273,15 К, m=0.2 и соответствуют графиту марки ЭГ-14. 
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.