Решение: Особенности анализа газообразного топлива и теплопроводность

Обязательная часть 1) Особенности проведения и записи химического анализа газообразного топлива Химический анализ газообразного топлива проводится для определения его компонентного состава, что необходимо для расчета процессов горения. Основные особенности: — Пробы отбираются в специальные газометры или пробоотборники. — Состав газа выражается в объемных процентах (процентное содержание компонентов по объему). — Запись состава сухого газа производится в виде суммы компонентов: \[ CO_2 + C_mH_n + O_2 + CO + H_2 + CH_4 + N_2 = 100\% \] — При анализе важно учитывать влажность газа, так как наличие водяных паров влияет на теплоту сгорания. — Основными методами являются абсорбционный (поглощение газов реагентами) и хроматографический. 2) Анализ зависимости теплопроводности от плотности материала и температуры Теплопроводность материала \( \lambda \) зависит от его физической структуры и условий окружающей среды: — Зависимость от плотности: Как правило, с увеличением плотности материала его теплопроводность возрастает. Это связано с тем, что в плотных материалах частицы расположены ближе друг к другу, что облегчает передачу энергии. В пористых материалах теплопроводность ниже, так как воздух в порах является плохим проводником тепла. — Зависимость от температуры: Для большинства твердых строительных и изоляционных материалов теплопроводность увеличивается при росте температуры. Это описывается линейной зависимостью: \[ \lambda = \lambda_0 \cdot (1 + b \cdot t) \] где \( \lambda_0 \) — теплопроводность при \( 0^\circ C \), \( b \) — температурный коэффициент. 3) Задача на определение потерь давления на трение Дано: \( \rho_0 = 1,28 \, кг/м^3 \) (плотность при нормальных условиях) \( t = 1140^\circ C \) \( d = 1,6 \, м \) \( L = 12 \, м \) \( \omega = 3 \, м/с \) \( \lambda_{тр} \approx 0,05 \) (коэффициент трения для железобетона) Решение: 1. Найдем плотность газа при рабочей температуре \( T = 1140 + 273 = 1413 \, К \): \[ \rho = \rho_0 \cdot \frac{273}{T} = 1,28 \cdot \frac{273}{1413} \approx 0,247 \, кг/м^3 \] 2. Рассчитаем потери давления на трение по формуле Дарси-Вейсбаха: \[ \Delta P = \lambda_{тр} \cdot \frac{L}{d} \cdot \frac{\rho \cdot \omega^2}{2} \] \[ \Delta P = 0,05 \cdot \frac{12}{1,6} \cdot \frac{0,247 \cdot 3^2}{2} \] \[ \Delta P = 0,05 \cdot 7,5 \cdot \frac{0,247 \cdot 9}{2} \approx 0,375 \cdot 1,11 \approx 0,416 \, Па \] Ответ: Потери давления на трение составляют \( 0,416 \, Па \). Дополнительная часть 1) Определение потерь тепла через воздушную щель Дано: \( \delta = 40 \, мм = 0,04 \, м \) \( t_1 = 800^\circ C \) \( t_2 = 350^\circ C \) \( F = 1 \, м^2 \) Решение: При высоких температурах в воздушных прослойках тепло передается в основном излучением и конвекцией. Для инженерных расчетов вводится эквивалентный коэффициент теплопроводности \( \lambda_{экв} \). Однако, если рассматривать упрощенно через коэффициент теплопередачи для прослойки: Средняя температура в щели: \[ t_{ср} = \frac{800 + 350}{2} = 575^\circ C \] Для такой температуры и ширины щели \( 40 \, мм \) коэффициент теплопередачи \( \alpha_{пр} \) (с учетом излучения) составляет примерно \( 25-30 \, Вт/(м^2 \cdot К) \). Воспользуемся формулой плотности теплового потока: \[ q = \alpha_{пр} \cdot (t_1 - t_2) \] Примем \( \alpha_{пр} \approx 28 \, Вт/(м^2 \cdot К) \): \[ q = 28 \cdot (800 - 350) = 28 \cdot 450 = 12600 \, Вт/м^2 \] Потери тепла через \( 1 \, м^2 \): \[ Q = q \cdot F = 12600 \cdot 1 = 12600 \, Вт = 12,6 \, кВт \] Ответ: Потери тепла составляют \( 12,6 \, кВт \).