Ich baue einen Raketenmotor und muss die Temperatur der Gase in der Brennkammer kennen (dh die Stagnationstemperatur).
Der Brennkammerdruck beträgt 5 Atmosphären. Der Motor arbeitet mit Ethanol und reinem Sauerstoff (Einlassdruck: 10 atm; pendelt sich in der Kammer auf 5 atm ein), die in einem perfekten stöchiometrischen Verhältnis gemischt werden.
Fürs Erste reicht es aus, die adiabatische Flammentemperatur von Ethanol unter diesen Bedingungen zu kennen, dh ich muss keine Dissoziationseffekte oder die Wärmeableitungseigenschaften der Metallwände der Brennkammer berücksichtigen.
Meine Recherchen haben gezeigt, dass man zur Berechnung der adiabatischen Flammentemperatur folgendes tun muss:
Stellen Sie eine Gleichung mit der Summe der Enthalpien aller Reaktanten auf der einen Seite und der Summe der Enthalpien der Produkte auf der anderen Seite auf.
Die Enthalpie ist eine Funktion der Temperatur. Um die Enthalpie der Produkte zu finden, muss man daher mit verschiedenen Werten für die Temperatur experimentieren, bis die Gleichung ausgeglichen ist.
Der Wert für die Temperatur, der die Gleichung erfüllt, ist die adiabatische Flammentemperatur.
Ich habe diese Seite hauptsächlich als Referenz verwendet: http://braeunig.us/space/thermo.htm
Das Problem ist jedoch, dass die Enthalpie tatsächlich nicht nur eine Funktion der Temperatur, sondern auch des Drucks ist. Die oben erwähnte Seite geht jedoch davon aus, dass der Druck der Produkte 1 atm beträgt, dh 0,1 MPa (auch als Referenzdruck bezeichnet). Mit anderen Worten, seine Berechnungen gelten nicht für meinen Fall, da meine Verbrennung in einer Umgebung mit viel höherem Druck stattfindet.
Wie wird die Enthalpie einer Substanz bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur berechnet? Wo finde ich alternativ Tabellen, die diese Daten dokumentieren, wenn Berechnungen nicht möglich sind? Ich bin noch zu jung, um einen fortgeschrittenen Hintergrund in Thermodynamik zu haben, also nehmen Sie es mir bitte leicht. Ich freue mich über jede Hilfe. Danke schön!
Für ein Gasgemisch wird die Wirkung des Drucks auf die Enthalpie durch die Gleichung beschrieben
Für ein reines Gas wird das Integral in der obigen Gleichung für Sie ausgewertet und in einem verallgemeinerten Diagramm der entsprechenden Zustände der Restenthalpie als Funktion der reduzierten Temperatur und des reduzierten Drucks der Spezies ausgedrückt: Smith und Van Ness (Introduction to Chemical Engineering Thermodynamik). Dieses Diagramm kann auch für Mischungen verwendet werden, wenn eine geeignete (ungefähre) Mischungsregel verwendet wird.
Eine solche Mischungsregel ist die Regel von Kaye, die mit der Berechnung einer molaren mittleren kritischen Temperatur und eines kritischen Drucks für die Mischung beginnt. Auf dieser Grundlage kann das Gemisch als reine Spezies mit der gleichen kritischen Temperatur und dem gleichen kritischen Druck behandelt werden, und dafür kann das verallgemeinerte Diagramm verwendet werden.
Ein weiterer Mischregelansatz ist die Verwendung der sogenannten Additive Volume Rule, die der Sterling-Regel entspricht. Hier wird das verallgemeinerte Diagramm für jede einzelne Spezies in der Mischung verwendet, wobei die Restenthalpie so bewertet wird, als wäre sie eine reine Spezies bei derselben Temperatur und demselben Gesamtdruck wie die Mischung; in diesem Fall wird der Wert für die Restenthalpie der einzelnen Spezies ebenfalls gleich der partiellen molaren Enthalpie der Spezies in der Mischung gesetzt. Die Restenthalpie des Gemisches ist also gleich dem molaren Mittel der Restenthalpien der einzelnen Komponenten.
Chet Miller