wz

Spalovací vzduch

Píše: Ing. Přemysl Kól (kolpremek@seznam.cz)

 

Zpět na domovskou stránku

   Úvod

     Zdrojem kyslíku pro spalování paliv v ohništích kotlů je spalovací vzduch, což je v podstatě neupravovaný atmosférický vzduch ohřátý na danou teplotu. Atmosférický vzduch je vlhký vzduch, tj. směs suchého vzduchu a vodní páry, obsahující v malém množství prachové a jiné nečistoty. Suchý vzduch je směs několika plynů, z nichž převládají dusík (cca 78%) a kyslík (21%). Vodní pára ve vzduchu je nejčastěji ve stavu přehřátém, protože při běžných vlhkostech a obvyklém tlaku vzduchu (0,1MPa) je poměrný obsah vodních par nízký a tudíž při odpovídajícím nízkém parciálním tlaku

bude i bod varu a tím i teplota sytosti t, = t,, nízká, obvykle nižší než teplota vzduchu tv, která je shodná s teplotou páry tp obsažené ve vlhkém vzduchu (tp=tv>t,,). Tlak spalovacího vzduchu bývá obvykle blízký tlaku barometrickému pc=pb.

     Celkový tlak vlhkého spalovacího vzduchu je dán součtem parciálního tlaku suchého vzduchu pvs, resp. parciálních tlaků všech jeho složek Σpi, s parciálním tlakem vodní páry pp ve vzduchu,

     Přitom parciální tlak vodní páry, a tím i absolutní hodnota vlhkosti v 1m3 vzduchu se mohou pohybovat jen v omezeném rozsahu: pp=0 až p,, a mm=0 až p,,/pc. Hodnota ppmax odovídá stavu, kdy je vzduch vodní parou nasycen, tj. obsahuje při dané teplotě tv=t,, nejvyšší možné množství vlhkosti mpmax. Hodnota ppmax je jednoznačně dána hodnotou tlaku syté páry p,, pro danou teplotu vzduchu tv=t,,.

   Vlhkost a další stavové veličiny vzduchu

     Teplota vodních par ve vzduchu při určitém parciálním tlaku pp může být libovolně vyšší než teplota syté páry t,, pro dané pp, podle toho, jak je vzduch ohřátý. Nemůže být však nikdy nižší než t,,, protože pak by nastala kondenzace, která by probíhala tak dlouho, až by obsah vodních par klesl na hodnotu  odpovídající p,, pro danou teplotu tv=t,,.

     Hmotnost vlhkosti obsažené v 1m3 vlhkého vzduchu se nazývá absolutní vlhkost mp [g/m3] a číselně odpovídá hustotě páry ρp [g/m3]. Hodnota mpmax,, při dané teplotě vzduchu. S rostoucí teplotou vzduchu roste p,, a tudíž roste i ρ,,. Určitý stav vlhkosti vzduchu se obvykle vyjadřuje tzv. relativní vlhkostí φ, což je podíl skutečné absolutní vlhkosti a maximální možné absolutní vlhkosti ρ,, při dané teplotě vzduchu.

     Pro suchý vzduch je tedy φ=0 a pro vzduch nasycený vodní parou φ=1. Relativní vlhkost vzduchu se stanovuje buď vlasovým vlhkoměrem, nebo psychometrickou metodou suchého a vlhkého teploměru.

     Protože parciální tlak vodní páry ve vzduchu je relativně nízký, lze v rozmezí teplot Δt≈100°C, kdy cp vzduchu i páry se bude měnit jen málo, považovat vlhký splaovací vzduch za ideální plyn a aplikovat na něj stavovou rovnici plynu pv=RT ve tvaru:

     Přitom plynová konstanta suchého vzduchu Rvs=287,12J/kgK a vodní páry Rp=461,5J/kgK.

     Měrná vlhkost vzduchu udává poměr hmotnosti vodní páry ve vzduchu ρp ku hmotnosti suchého vzduchu ρvs.

     Vlhký vzduch o měrné hmotnosti x a hmotnosti suchého vzduchu 1kg má tedy hmotnost mvv=xv+1 [kg]. Aplikací stavové rovnice pro vzduch a páru lze získat vztah mezi xv a parciálními tlaky suchého vzduchu pvs a páry pp

     Protože pro vzduch nasycený parami je měrná vlhkost vzduchu

platí pro určitou relativní vlhkost též

     Z rovnice plyne, že při změně tlaku vzduchu pc1 na pc2 se změní relativní vlhkost v poměru

     Poměrný objem vodní páry připadající na 1m3 suchého vzduchu při dané teplotě tv a relativní vlhkosti φ ze vyjádřit výrazem

takže celkový objem vlhkého vzduchu

     Poměrné zvětšení objemu vlhkého vzduchu proti suchému

     Zanedbáním φ ve jmenovateli vznikne jen nepatrná chyba. Hodnotu p,, a p,,/(pc-p,,) lze pro danou teplotu vzduchu tv rychle určit pomocí grafu na obr. 1.

Obr. 1 Určování p,, a p,,/(pc-p,,) pro danou teplotu

     Hustota vlhkého vzduchu ρvv je dána součtem ρvs a ρp. Je-li určen stav vlhkého vzduchu celkovým tlakem pc, teplotou Tv [K] a relativní vlhkostí φ, lze vyjádřením ρvs a ρp ze stavové rovnice získat vztah

     Při zachování φ lze při změně teploty a tlaku provést přepočet hustoty resp. měrného objemu vzduchu podle vztahů

   Termodynamické a aerodynamické veličiny vzduchu

     Střední měrnou tepelnou kapacitu vlhkého vzduchu při stálém tlaku v rozmezí teplot 0 až tv [°C] lze určit z údajů pro suchý vzduch a sytou páru při dané teplotě vzduchu

     Údaje pro suchý a vlhký vzduch jsou uvedeny v tabulkách. Entalpie vlhkého vzduchu s vlhkostí x [kg/kg] možno přibližně určit z empirického vztahu pro entalpii páry

a z měrné tepelné kapacity suchého vzduchu cpvs

     Tepelná vodivost suchého vzduchu se vypočte z dynamické viskozity η [Pa s]  a molárního tepla Cp [J/molK]

     Je-li známa tepelná vodivost vodní páry λp a měrný objem op [m3/m3] vodních par, je tepelná vodivost vlhkého vzduchu

     Obdobně platí pro měrnou vlhkost vzduchu xv

     Dynamická viskozita suchého vzduchu se mění s teplotou podle Sutherlandova vztahu

V němž η0=17,21.10-6 Pa.s je viskozita při pc=0,1MPa a tv=0°C a Sutherlandova konstanta S=122. Pro vlhký vzduch lze stanovit dynamickou viskozitu ze známých hodnot ηvs, ηp a poměrných objemů ovs a op

 

Odkazy

1.     V. Černý, B. Janeba, J. Teyssler, Parní kotle, SNTL, Praha, 1983

 

Citace tohoto článku

     P. Kól, Dynamika spalování, publikováno na stránkách Spalovací procesy, dostupné z http://Spalovaci-procesy.wz.cz/Spalovaci_vzduch.html, 2011.

     © Přemysl Kól

Zpět na domovskou stránku

TOPlist