吴仲华_空气燃气热力学性质表
甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析
析。利用计算得到燃气的低位热值、理论空气量、理论烟气量、标况密度、价格、单位热 值 价 格、单 位 热 值 所 需 理 论 空 气 量、
单位热值产生理论烟气量等,对规范建筑陶瓷生产过程能耗实时监控、能源优化调度、能耗数 据 管 理 等 具 有 一 定 的 借 鉴 和
指导作用。
关键词
燃气
燃烧
计算
分析
热值
· 46 ·
陶瓷
(综述) 2023 年 10 月
Ce
r
ami
c
s
甲烷与氢气混合燃烧的理论计算分析
张永伟
李
萍
艾冬华
袁钧宇
(新明珠集团股份有限公司
摘
要
梁益斌
郑锴杰
*
伍志良
广东 佛山 528099)
笔者介绍了甲烷与氢气混合燃烧的具体计算方法,对不同混合比的甲烷与氢气混合 燃 料 进 行 了 理 论 计 算 比 较 分
气压,天然气和氢气价格分别按 5 元/Nm3 和 1.
78 元/
Nm3 计算。具体情况如表 2 所示。
表 2 不同比例混合气的重要性能指标
组成成分
低位热值
百分量(% )
燃气
名称
H2 CH4
kJ
/Nm3
kJ
/kg
理论
理论
空气量
烟气量
(
Nm3
(
Nm3
/Nm ) /Nm )
3
3
H2 -0 0
100 35816.
0.
089
3.
87 0.
1505
3.
55 0.
1535
3.
39 0.
1550
3.
：为式系关达表失损热烟排其, 等S2H、nHmC、OC 如(体气燃
影响燃气热水器热效率因数分析及对策福建省江南电器制造有限公司副总经理刘应斌摘要：本文主要介绍用热平衡中的反平衡法理论，来分析影响燃气热水器热效率各项热损失因数，提出产品研发过程如何设计减少各项热损失结构，以提高燃气热水器热效率，达到节能、减排、降本目的关键词：燃气热水器热效率排烟热损失化学不完全燃烧损失固体不完全燃烧损失散热损失过剩空气系数对流换热系数辐射换热系数对数平均温差肋片表面结构边界层燃烧空间对流管束布置结构一、引言随着现代工业的高速发展，对能源的需求消耗量也日益增大。
现今世界各国对燃气等一次能源的开发和应用也不断加剧，能源及环境危机日趋严重，已引起各国政要的广泛关注。
全社会进而提出“低碳经济，节能减排”的号召。
2004年11月25日国家发改委颁布了《节能中长期专项规划》，要求到2010年燃气热水器热效率达到90%-95%。
2007年7月1日燃气热水器能效等级国家标准GB20665-2006《家用燃气快速热水器和燃气采暖热水炉能效限定值及能效等级》正式实施（见表1）。
该国家标准实施后，84%的热效率作为燃气热水器准入门槛。
要想燃气热水器热效率超过90%，常规机型因交换器材料紫铜或铝材市场价格不断提高，而热交换器占热水器整机成本比重较大，各生产企业多年来致力于优化设计新结构、采用新材料，来提高燃气热水器的热效率，以达到节能省材的效果。
下面就影响燃气热水器热效率提高的因素，用反平衡法从原理上进行分析，进而提出如何从产品结构设计上加以改进。
二、影响燃气热水器热效率提高的因素分析及结构设计对策在电站锅炉和工业锅炉设计过程中，首先要经过热力计算、空气动力计算来布置合理的受热面和烟风通道结构布置，以求获得较高的热效率和节省材料。
因燃气热水器结构较为简单，长期以来很少有人在产品研发过程中进行热力计算和空气动力计算。
一般都是凭经验先结构设计，再做样机进行各项性能反复测试，不断改进设计来达到，这往往没有达到较为理想的效果。
_燃气轮机总能系统及其能的梯级利用原理
总能系统是通过系统集成把各种热力过程有机 地整合在一起 , 来同时满足各种热工功能需求的能 量系统 , 系统集成理论对总能系统的设计优化 、新系 统开拓以及应用发展等都是至关重要的 , 而其本质 特征在于不同热力循环和用能(供能)系统的有机整 合与集成 。 基于“温度对口 、梯级利用”原理集成的 热力系统为热工领域的总能系统 。 但要特别指出的 是 , 总能系统不是多个循环或系统的简单叠加 , 而是 基于能的梯级利用原理集成的一体化系统 。 以燃气 轮机为核心而集成的燃气轮机总能系统比其他热机 的总能系统更具发展潜力 , 这是源于燃气轮机的固 有特性 :①它是高温加热并伴随着高温排热的热机 , 虽然在简单循环时效率比较低 , 但组成总能系统时 能很好实现物理能梯级利用 , 既能充分发挥燃气轮 机高温加热优势 , 又避免较高温排热损失大的缺陷 , 显示出很好的总体性能 。 ②它是高速旋转的动力机 械 , 且气体工质朝着一个方向连续流动 , 既易于单机 大型化 , 又可以做到微型化 。 ③其热力循环的四个 热力过程是分在各自单独的部件或子系统中完成 , 这便于按不同需要和能的综合梯级原理进行系统集
第 21 卷 第 1 期 2008 年 3 月
《 燃 气 轮 机 技 术》 GAS TURBINE TECHNOLOGY
Vol.21 No .1 M ar ., 2008
燃气轮机总能系统及其能的梯级利用原理
林汝谋 , 金红光 , 蔡睿贤
(中国科学院工程热物理研究所 , 北京 100080)
图 2 典型总能系 统能量平衡示意图
对于各种热能转换利用系统 , 系统集成的关键 在于热能梯级利用 。 从典型的系统能量转换与利用 平衡方程(如对图 2 所示的情况), 不难推得相关的 通用基本方程 。
实际气体的性质及热力学一般关系式
x y z w const dw 0 1 y w z w x w
2、亥姆霍兹函数和吉布斯函数
■亥姆霍兹函数（自由能）(Helmholtz
function)
f u Ts F U TS du q w Tds pdv df du Tds sdT sdT pdv
查图6-6，得： Tr 1.45
T TrTcr 1.45 370 536.5K = 263.35o C
263.35 253.2 100% = 4% 253.2
6-4 维里方程
pv B C D Z 1 2 3 ... RgT v v v
B、C、D—分别为第二、第三、第四维里系数，是
于液化过程。此时，一个压力对应多个比体积。
●当温度等于临界温度时，等温线的水平线变为一点，
称为临界点C。此时，一个压力只对应一个比体积。
●当温度高于临界温度时，等温线不再有水平线，说明
压力再高，气体也不可能液化。此时，一个压力只对应
一个比体积。
■范德瓦尔常数
●由实验数据拟合得到，见表6-1。
●由临界参数计算得到
z z dz dx dy Mdx Ndy x y y x M M N 2 Z N 2Z , y x xy x y yx y x x y
通过描点，在图6-4得到直线 Z 0.9 pr ，与 Tr 1.04 的曲 线交与一点，查得： pr 0.79。
p pr pcr 0.79 5.05 4MPa
例6-3：体积为 7.81103 m3 、压力为10.1325MPa的1kg丙烷，实
实际气体的热力学性质与过程资料
故得：
dh
cpdT
v
T
v T
p
dp
（12）
中南大学能源科学与工程学院
T
T2
2 由于 cp ,都h 是状态参
数，与积分路径无
T1
1
关，选择积分路径
如图。
p1
p2 p
①恒温（T ）T1 下由 到p1 p积分；0
②定压下（ p ）0下由 到T1 积分T2；
③恒温下（ T )T从2 p积分0到。 p2
③恒温下（v )从
T T2
pv积分0到
T1 T2
v2
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由此得：
u2
u1
v
[T
v1
( p T
)
v
p]dv T
T1
T2 T1
cv dT
v
v2
[T
v
p T
v
p]dv T T2
（10）
若已知理想气体比热容 随cv温度变化的关系有
压力为显函数的状态方程 P,就 可f v求,T得 内能的
间的关系，来表示不可测参数间的关系。
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3. 进行热力偏导数的变换时，常利用下面的关系式：
如果
f x, y, z 0
因
dx
x y
z
dy
x z
y
dz
(a)
dy y dz y dx
(b)
z x x z
将式(b)代入(a)，于是有
1
x y
z
y x
z
在高压低温系统中，实际气体的 和 f 有时p 相差几倍。
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常用气体物性表
NO2 N2O3 NF3 NOCl N2O C8H18 C4F8 C5F8 O2 F2O O3 C2HF5 C5H12 ClFO3 C4H10 C4H8 C3F8 CCl2O PH3 PF5 PF3 C3H8 C3H6 C3H6O C3H8S SiH4 SiCl4 SiF4 SO2 SF6 SF4 SO2F2 C2Cl4 C2F4 N2F4 C4H8S
温度 ℃ ℃，1atm ℃ -80.75 -84 35.17 -214 -194.48 -140.7 -136.28 -34.5 120 -189.35 -185.87 -122.29 -79.8 -52.8 84.58 -77.74 -116.87 -107 -127.1 -61.4 8.77 -168 -108.9 -138.29 -185.35 -138.89 -105.53 -115.69 -140.13 1.11 -56.57 -111.57 -205 -22.82 -111.57 -138.8 -101.03 -83 -130 -183.59 -157.42 -99.41 -158.15 -33.43 -62.48 12.5 -99.8 40.4 125.75 270.65 -57.89 -4.41 -0.5 -6.25 3.72 0.88 98.46 84.98 64.22 -78.45 46.22 -191.45 76.64 -84.57 -50.15 -34.03 11.5 59.4 -128.06 -40.83 -39.11 -27.85 132.5 99.85 178.8 -12.25 196.85 326.85 158.85 67 152.22 152.03 146.44 162.43 155.48 295.85 280.85 256.85 31.04 278.85 -140.23 283.2 23.85 105.65 144 186.24 251.85 -45.65 96.15 80 106
空气性能数据
光速（真空）大气中的声速（0°C）大气中的声速（常温）普朗克常数（h）波尔兹曼常数（K）斯忒潘--波尔兹曼常数（σ）维恩位移定律常数阿伏伽德罗常数洛喜密脱常数（标准状态）热功当量功热当量2.99792458×108米·秒-1=30万公里/秒331.36米·秒-1340米·秒-16.626176×10-34焦·秒1.380662×10-23焦·开-15.67032 ×10-8瓦·米-2·开-40.2898×10-2米·开6.022045×1023摩-12.686781×1025分子·米-34.18683焦·卡-10.238844卡·焦-1水银密度（标准状态）13.595080克·厘米-3电子电荷（e）干空气分子量水（冰或水汽）分子量氮（N2）分子量二氧化碳（CO2）分子量氧（O）原子量氮（N）原子量氯化钠（NaCl）分子量碘化银（AgI）分子量氢（H2）分子量-1.60211917×10-19库28.96618.01628.013444.01015.99914.006758.443234.7732.0158理想气体在标准温度、气压下的克分子体积气体普适常数（R）干空气比气体常数（Rd）水汽比气体常数（Rv ）22.41383×10-3米3·摩-18.31441焦·开-1·摩-1287.04焦·开-1·千克-1461.5焦·开-1·千克-1干绝热温度直减率（γd）对流层平均气温直减率（γ）9.76°C·千米-1 6.5°C·千米-1干空气定压比热（C pd）干空气定容比热（C vd）干空气比热之比率（K= C pd/ C vd）干空气分子平均直径干空气分子平均自由程干空气分子均方根速度干空气热传导率干空气密度（标准状态）干空气密度（0°C，1000百帕）干空气折射率（对钠D线，λ=589微米）1.0061×103焦·开-1·千克-10.7180×103焦·开-1·千克-11.4013.46×10-10米6.98×10-8米4.85×102米·秒-12.34×10-6焦·米-1·秒-1·开-1 1.2928千克·米-31.276千克·米-31.0002919大气折射常数（760毫米，0°C）泊松方程常数（K d=R d/C pd）均质大气高度（标准状态）标准大气压60.3″0.2867.991千米760mm汞柱=1013.25 hPa（百帕、毫巴）水的密度（0°C）水的密度（4°C）纯水平面上的饱和水汽压（0°C）纯冰平面上的饱和水汽压（0°C）0.99987×103千克·米-31.00000×103千克·米-3 6.1078百帕（hPa）6.1064百帕（hPa）绝对零度水的冰点水的三相点温度水的沸点（760毫米汞柱）水的比热（15°C）水的绝对折射率水的介电常数（0°C）水的导热系数水的表面张力（0°C）水的表面张力（20°C）-273.15°C273.15开=0°C273.16开=0.01°C100°C=373.15开4.195×103焦·千克-1·（°C）-1 1.33381.55.870×102焦·米-1·秒-1·开-1 75.64达因·厘米-172.75达因·厘米-1水汽定压比热（20—40°C）（C pv）水汽定容比热（20—40°C）（C pv）水汽潜热随温度变化率水的蒸发（水汽凝结）潜热（0°C）水的冻结（冰的融解）潜热冰的密度冰的比热冰的介电常数（-5°C）冰的升华（汽化）潜热（0°C）1.863×103焦·千克-1·开-11.403×103焦·千克-1·开-12.386×103焦·千克-1·开-1 2.501×106焦·千克-10.334×106焦·千克-10.917×103千克·米-32.114×103焦·千克-1·开-1 2.82.835×106焦·千克-1全球平均地面大气电场强度全球晴天地面大气总电流地球总电荷大气总电阻地面与电导层之间的电位差全球各地平均可同时观测到的雷雨全球平均每年发生的雷雨闪电中击穿电场强度每次闪电放电量平均每次闪电电流≈130伏·米-1≈1800安≈5.7×105库≈200欧≈360000伏≈2200个≈16×106个≈103~104伏·厘米-1≈20~30库≈20000安5微米直径水滴下降末速10微米直径水滴下降末速50微米直径水滴下降末速0.1毫米（100微米）直径水滴下降末速0.5毫米直径水滴下降末速1毫米直径水滴下降末速3毫米直径水滴下降末速5毫米直径水滴下降末速≈0.8×10-4米·秒-1≈0.3×10-2 米·秒-1≈0.08米·秒-1≈0.3米·秒-1≈2.06米·秒-1≈4.03米·秒-1≈8.06米·秒-1≈9.09米·秒-122、新疆划分四季的指标一般把一年12个月划成四等份，用12、1、2三个月为冬，3、4、5三个月为春，6、7、8三个月为夏，9、10、11三个月为秋的方法划分四季。