Температура пламени
Интерактивный калькулятор теоретической (адиабатной) и практической температуры пламени для смесей промышленных газов с анимацией нагревательной печи.
Tтеор, Tпракт и коэффициенты K1, K2, K3
При сжигании газообразного топлива выделяющаяся энергия нагревает продукты сгорания. Температура, которой они достигли бы при идеальном горении без потерь, называется теоретической (адиабатной) температурой пламени. На практике потери излучением, неполное смешение и геометрия пространства снижают её до практической температуры пламени.
Tтеор — теоретическая температура
Её также называют адиабатной температурой пламени. Это температура, которой достигли бы дымовые газы, если бы вся энергия топлива (Qнр) и физическая теплота топлива и воздуха пошли на нагрев продуктов без каких-либо потерь.
Определяется из энергетического баланса: выделившаяся энергия = энергия нагрева CO₂, H₂O, N₂ и избыточного O₂ до Tтеор.
Tпракт — практическая температура
Фактически наблюдаемая температура пламени. Она всегда ниже Tтеор, потому что часть теплоты теряется излучением на стены и садку, а также из-за турбулентности и неполного смешения с воздухом.
Рассчитывается как Tпракт = Tтеор × K1 × K2 × K3; каждый коэффициент отражает свой вид потерь пирометрического КПД.
K1, K2, K3
K1 зависит от теплоты сгорания газа: чем беднее газ, тем выше K1 (0,78 при Qнр < 1000; 0,75 при Qнр > 2250 ккал/нм³, между ними линейно).
K2 зависит от пространства, в котором развивается пламя (открытое, полузакрытое, закрытое). K3 зависит от турбулентности горелки.
Составы газов и теплота сгорания каждого газа Таблицу можно редактировать: измените состав любого газа, и температура пламени будет пересчитана в калькуляторе ниже
Объёмный состав (%) каждого газа. Все ячейки состава редактируемые: измените значение, чтобы смоделировать новый анализ газа. Qнр, плотность, теплоёмкость, столбец смеси и Tтеор/Tпракт обновляются при вводе каждой цифры.
Как выполняется расчёт
Расчётный модуль выполняет энергетический баланс горения по каждому компоненту, а не упрощённое усреднение.
- 1. Состав смеси: каждый из 10 компонентов (CH₄, CO, H₂, CO₂, N₂, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂, O₂, C₃H₈) — средневзвешенное по долям 6 исходных газов в смеси.
- 2. Теплота сгорания каждого газа: по стандартной низшей теплоте сгорания чистых компонентов (CH₄ ≈ 8555; CO ≈ 3018; H₂ = 2575; C₂H₆ ≈ 15 280 ккал/нм³ и т. д.) плюс небольшая постоянная поправка. Плотность и теплоёмкость смеси — средневзвешенные значения исходных газов.
- 3. Стехиометрический воздух: по каждому компоненту (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O; CO + ½ O₂ → CO₂; H₂ + ½ O₂ → H₂O и т. д.) с учётом содержания O₂ в окислителе (21% для воздуха, больше при обогащении кислородом) и коэффициента избытка воздуха.
- 4. Продукты сгорания: CO₂, H₂O, N₂ и избыточный O₂ по стехиометрии каждого компонента.
- 5. Энергетический баланс: подведённая энергия (Qнр + физическая теплота подогретых топлива и воздуха, отсчёт от 25 °C) приравнивается к энергии нагрева продуктов до Tтеор с учётом средних теплоёмкостей, зависящих от температуры. Tтеор находится численной итерацией.
- 6. Tпракт = Tтеор × K1 × K2 × K3 с выбранными коэффициентами.
Калькулятор температуры пламени Меняйте состав смеси и условия горения — пламя в печи реагирует в реальном времени
Доля каждого газа в смеси 100%
Условия горения
Пирометрический КПД
Нагревательная печь с анимацией пламени
- Tпракт = Tтеор × K1 × K2 × K3
- K1 зависит от теплоты сгорания: Qнр < 1000 ккал/нм³ → K1 = 0,78; Qнр > 2250 ккал/нм³ → K1 = 0,75; между ними линейно (предлагается автоматически, но можно изменить).
- K2 зависит от пространства пламени: открытое (нагревательная печь) K2 = 1; полузакрытое (камера сгорания) K2 = 1,04; закрытое (радиационная труба) K2 = 1,09.
- K3 зависит от горелки: устойчивое пламя без чрезмерной турбулентности — K3 = 1; очень турбулентное пламя с сильной рециркуляцией газов — K3 от 0,95 до 1.
Итоги
- Теоретическая температура пламени (Tтеор) следует из энергетического баланса: Qнр газа + физическая теплота подогретых топлива и воздуха = теплота, необходимая для нагрева продуктов сгорания.
- Практическая температура пламени (Tпракт) всегда ниже Tтеор, так как учитывает реальные потери: Tпракт = Tтеор × K1 × K2 × K3.
- Подогрев воздуха горения (рекуператоры и регенераторы) повышает Tтеор и Tпракт. Увеличение избытка воздуха снижает температуру пламени, разбавляя продукты сгорания.
- Обогащение окислителя кислородом (выше 21%) уменьшает количество нагреваемого инертного N₂ и повышает температуру пламени при том же топливе.
- Бедные газы (с низкой теплотой сгорания, как доменный) дают более низкую температуру пламени, чем богатые (ПГ, H₂), если воздух не подогрет до высокой температуры. Поэтому подогрев обязателен в печах на доменном газе.
- Состав каждого газа можно изменить в таблице раздела 2, чтобы смоделировать новые лабораторные анализы; все результаты обновятся.