燃气-空气热物性计算原理

燃气-空气热物性计算
基于美国NIST 网站数据库以及相应的计算软件REFPROPV8.0，拟合出多种气体的特性（如密度、定压比热容、导热系数和粘性系数等）与温度之间的关系，然后将其视为理想气体，依据理想气体混合法计算燃气或者空气的热物性。

常见气体组分
1定压比热
利用插值法拟合出各气体的定压比热随温度变化的方程，方程形式如下：
C Pi =
αk (T /1000)k 7k =0
kJ /(kg ∙K )
混合气体的定压比热容：
C P = x i C Pi n
1
x i −组分气体的质量百分数；n −混合气体的组分种类数。

定压比热系数
计算出每一组分的定压比热后，对其进行温度积分即可得到该组分的焓值： i = C P dt T
T 0
= αk (T 1000)k +1−αk 273.151000 k +1
7
k =0∙1000/(k +1) kJ /kg
混合气体的比焓：
= x i i n
1
x i −组分气体的质量百分数；n −混合气体的组分种类数。

3熵函数计算
等熵绝热过程热力计算： 熵的定义：
ds =dq T =C p dT −vdp T =C p dT T −R dp p
工质经过等熵绝热过程由状态1到状态2 ，对上式积分得：
s 2−s 1=dq T = C p
dT T T 2T 1− R dp p P 2
P 1
=0
则：
C p
dT
T
T 2T 1
=R ∙ln P 2
P 1
C p dT
T
T 2T
1
的取值只与过程始末的温度有关，因此可以定义：
Φ T =
C p dT
Φ T 2 −Φ T 1 =
C p dT T 2T 1
Φ T 为工质的状态函数，是温度的单值函数，简称熵函数。

于是有：
Φ T 2 −Φ T 1 =R ∙ln P 2
P 1
=R ∙ln π
计算出每一组分的定压比热后，对其进行温度积分即可得到该组分的熵函数值：
Φi = C P T dt T
T 0
=α0 ln T 1000 −ln 273.151000 + αk (T 1000)k −αk 273.151000 k
7k =1/k
kJ /(kg ∙K )
混合气体的熵函数：
Φ= x i Φi n
1
x i −组分气体的质量百分数；n −混合气体的组分种类数。

由上一节分析可知，单一气体的比熵值为：
s i =
C p
dT T 2T 0
−R ∙ln P 2
混合气体的比熵：
s = x i s i n
1
x i −组分气体的质量百分数；n −混合气体的组分种类数。

其中，基准值T 0=273.15K ，P 0=101325Pa 。

5燃烧过程分析
燃料燃烧化学方程式：
C x H y O z N u S v + x +v +y 4−z 2 O 2→x ∙CO 2+y 2H 2O +u
2N 2+v ∙SO 2
假定：油气比为f ，空气质量为1kg ，则燃料质量为f kg ，燃气质量为（1+f ）kg 。

燃烧后的组分
燃烧后的组分质量计算
6混合气焓值/熵函数值计算焓值计算：
= SO
2
∙m SO
2
+ N
2
∙m N
2
+ CO
2
∙m CO
2
+ H
2O
∙m H
20
+ air− O
2
∙m O
2
1+f
熵值计算：
s=s SO
2
∙m SO
2
+s N
2
∙m N
2
+s CO
2
∙m CO
2
+s H
2O
∙m H
20
+s air−s O
2
∙m O
2
1+f
附：常用元素原子和气体分子的摩尔质量
常用元素原子和气体分子的摩尔质量(g/mol)
附：运动黏度计算方法
有时在气动计算中需要考虑气体的粘性系数。

常见气体的运动粘度系数计算如下：
μuPa∙s=b k
T 1000
k
9
k=0
运动粘度系数
已知混合气体各组分的粘性系数之后，便可通过Wilke半经验公式求得混合气体的粘性系数，即：
μ=
μi
1+1
x i
x iϕij
j=1,j≠i
n
i=1
ϕij=1+ μi/μj0.5 M j/M i0.25
2
81+M i/M j
x i−组分气体的摩尔百分数；M−g各组分的摩尔质量。