[发明专利]一种含灰固体燃料的多过程*特性的确定系统及方法

权利要求书

1.一种含灰固体燃料的多过程特性的确定方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、构建含灰固体燃料化学可逆分离-可逆基准反应-可逆扩散的多过程热力学模型的具体过程为：

含灰固体燃料化学可逆分离-可逆基准反应-可逆扩散的多过程热力学模型包括三个过程：

第一过程，将与含灰固体燃料进行反应的氧气从环境基准压力P₀和温度T₀的环境中分离出来，得到氧气分离

第二过程，含灰固体燃料和氧气在环境基准压力P₀和温度T₀下进入氧弹发生可逆基准反应，产物为环境基准物中的纯物质，含灰固体燃料和氧气在P₀和T₀下离开氧弹，得到第二过程的最大有用功，即化学反应

第三过程，产物在环境基准压力P₀和温度T₀下扩散至环境基准压力P₀和温度T₀，得到产物扩散

所述多过程为第一过程、第二过程和第三过程；

步骤二、基于含灰固体燃料化学可逆分离-可逆基准反应-可逆扩散的多过程热力学模型，分别建立含灰固体燃料分离反应和扩散的表达式；

基于含灰固体燃料分离反应和扩散的表达式建立含灰固体燃料化学的表达式；

具体过程为：

第一过程的分离通过氧气的扩散来确定，公式为：

式中：Ex_S为分离R为摩尔气体常数，为O₂的物质的量，单位为mol；为O₂分压力，P₀为环境基准压力，取值为1.01×10⁵pa，T₀为环境基准温度，取值为25℃；

第二过程的最大有用功为反应也为标准反应自由焓的负值：

Ex_R＝-ΔG⁰＝-ΔH⁰+T₀ΔS⁰ (2)

式中，Ex_R为反应ΔG⁰为标准反应自由焓，ΔH⁰为标准反应热，ΔS⁰为基准条件下的熵差；

第三过程扩散包括灰分和气体两部分：

式中，Ex_D为扩散i为灰分成分；j为气体成分；m_i为灰分成分的质量，单位为kg；ex_i为单位质量灰分的m_j为气体成分物质的量，单位为mol；为标准情况下的气体组分比例；

含灰固体燃料的化学为分离反应和扩散之和：

步骤三、氧气和标定物质在含灰固体燃料的多过程特性的确定系统中反应，通过过滤器、干燥器得到过滤器和干燥器的质量变化，通过气体分析仪得到反应后气体成分；通过氧弹量热仪测得氧气和标定物质反应热；其中氧气瓶的出口通过第一阀门连接氧弹量热仪的入口，氧弹量热仪的出口通过第二阀门连接过滤器的入口，过滤器的出口连接干燥器的入口，干燥器的出口连接真空泵的入口，真空泵的出口连接气体分析仪；

所述一种含灰固体燃料的多过程特性的确定系统包括氧气瓶(1)、氧弹量热仪(2)、温度传感器(3)、第一压力传感器(4)、第一阀门(5)、第二阀门(6)、过滤器(7)、干燥器(8)、真空泵(9)、气体分析仪(10)，第二压力传感器(11)；

氧气瓶(1)的出口通过第一阀门(5)连接氧弹量热仪(2)的入口，氧弹量热仪(2)的出口通过第二阀门(6)连接过滤器(7)的入口，过滤器(7)的出口连接干燥器(8)的入口，干燥器(8)的出口连接真空泵(9)的入口，真空泵(9)的出口连接气体分析仪(10)；

氧气瓶(1)和第一阀门(5)之间设置第一压力传感器(4)，第一压力传感器(4)用于测量氧气瓶(1)中的氧气的压力；氧弹量热仪(2)内设置温度传感器(3)和第二压力传感器(11)，用于测量氧弹量热仪(2)内温度和压力；

步骤四、基于过滤器和干燥器的质量变化、反应后气体成分、氧气和标定物质反应热修正步骤二中的分离反应扩散和化学的表达式，得到修正后含灰固体燃料的分离反应扩散和化学的具体过程为：

步骤三中氧弹量热仪(2)为闭口系统，测量的反应热为闭口系统的反应热；式(4)中的-ΔH₀为开口系的标准反应热，开口系和闭口系的标准反应热通过下式转换：

式中，为定容条件下的标准反应热，Δm_j为气体成分物质的量的变化量，单位为mol；

对反应做压力的修正，压力修正项表述为：

式中，p为氧氮内压力；V为氧弹量热仪的体积；

因此，含灰固体燃料化学的表达式修正为：

2.根据权利要求1 所述一种含灰固体燃料的多过程特性的确定方法，其特征在于：所述步骤三中氧气和标定物质在含灰固体燃料的多过程特性的确定系统中反应，通过过滤器、干燥器得到过滤器和干燥器的质量变化，通过气体分析仪得到反应后气体成分；通过氧弹量热仪测得氧气和标定物质反应热；具体过程为：

关闭含灰固体燃料的多过程特性的确定系统第一阀门(5)和第二阀门(6)，打开第一阀门(5)，氧气瓶(1)中的氧气通过第一阀门(5)进入氧弹量热仪(2)，通过第一压力传感器(4)控制进入氧弹量热仪的氧气量，当进入氧弹量热仪(2)的氧气量达到阈值，关闭第一阀门(5)，向氧弹量热仪(2)放入标定物质，氧气和标定物质反应，当氧弹量热仪内(2)的温度传感器(3)和第二压力传感器(11)同时达到P₀和T₀时，打开第二阀门(6)，氧气和标定物质反应后的气流依次通过过滤器(7)、干燥器(8)、真空泵(9)、气体分析仪(10)，通过过滤器(7)、干燥器(8)得到过滤器(7)和干燥器(8)的质量变化，通过气体分析仪(10)得到反应后气体成分；通过氧弹量热仪(2)测得氧气和标定物质反应热；

P₀为环境基准压力，取值为1.01×10⁵pa，T₀为环境基准温度，取值为25℃；

阈值为人为设置。