Gracias por A2A.
Para calcular la temperatura de la cámara de combustión en cualquier escenario de combustión, primero calculamos la ‘Temperatura de llama adiabática’ del sistema de combustible / oxidante dado. Los cálculos de temperatura de llama adiabática suponen que no se pierde calor durante el proceso de combustión, por lo tanto, la entalpía de reactivos y productos es la misma. Los procesos de combustión reales nunca son adiabáticos, sin embargo, esto da una respuesta lo suficientemente cercana como la fracción de la cantidad de calor perdido es muy pequeña.
Para calcular la temperatura de la llama adiabática, se resuelven las siguientes ecuaciones simultáneamente:
1. Conservación de la entalpía: la aproximación adiabática
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2. Equilibrio químico: suponiendo que las reacciones son más rápidas que los tiempos de flujo, dando así reacciones completas. Tenga en cuenta que esto significa que los productos y reactivos están en equilibrio químico para la temperatura dada, y no significa necesariamente una combustión completa .
Miremos de cerca estas dos ecuaciones. La ecuación de conservación de la entalpía necesita el cálculo de la entalpía de los productos, ya que el de los reactivos se conoce por la composición y la temperatura inicial. La entalpía de los productos depende de la composición de la especie del producto y la temperatura final de los productos. Por otro lado, el equilibrio químico nos da la composición de la especie del producto, dado que conocemos la temperatura. Por lo tanto, estas dos ecuaciones están acopladas y deben resolverse numéricamente.
Enfoque numérico:
Para resolver estas dos ecuaciones, seguimos los siguientes pasos de forma iterativa hasta que la solución converja:
1. Suponga que la composición de un producto, por lo general, comienza con un caso de combustión completo, y así resuelve la temperatura utilizando la ecuación de conservación de la entalpía.
2. Use la temperatura del producto obtenida en el paso 1 y calcule la constante de equilibrio para la reacción a esta temperatura. Ahora, use esta constante de equilibrio para averiguar la composición del producto.
3. Ahora usa esta composición y una vez más, sigue el paso 1.
Haga esto hasta que la composición y la temperatura converjan. La temperatura obtenida es la temperatura de llama adiabática.
Tenga en cuenta que podemos usar una reacción simple de un solo paso, o un enfoque más integral para involucrar todas las reacciones posibles. Una gran cantidad de software comercial tiene la capacidad de involucrar todas las reacciones posibles y obtener la composición final y la temperatura de la llama.
PD: este enfoque funciona solo para la combustión a presión constante, para la combustión a volumen constante, la energía interna se conserva y no la entalpía.