Modelo 3

Programa Gibbs 1.3
Resultados Preliminares
Carlos Henrique Marchi, D. Eng.
Luciano Kiyoshi Araki, Eng. Mec.
Objetivos
Cálculo das propriedades termodinâmicas de espécies químicas
para modelos em equilíbrio químico.
Modelo
Número de
reações
Número de
espécies
Espécies envolvidas
0
0
3
H2O, O2, H2
1
1
3
H2O, O2, H2
2
2
4
H2O, O2, H2, OH
3
4
6
H2O, O2, H2, OH, O, H
4
4
6
H2O, O2, H2, OH, O, H
5
8
6
H2O, O2, H2, OH, O, H
7
8
6
H2O, O2, H2, OH, O, H
10
6
8
H2O, O2, H2, OH, O, H, HO2, H2O2
9
18
8
H2O, O2, H2, OH, O, H, HO2, H2O2
Propriedades Termodinâmicas
Modelo de McBride et al. (1993):
cp
 a1  a 2 T  a3 T 2  a 4 T 3  a5 T 4
R
h
T
T2
T3
T 4 a6
 a1  a 2  a3
 a4
 a5

RT
2
3
4
5
T
g
T
T2
T3
T 4 a6
 a1 1  ln T   a 2  a3
 a4
 a5
  a7
RT
2
6
12
20 T
Propriedades Termodinâmicas
Constantes de equilíbrio químico baseada na:
Pressão parcial
Kj

N
Variação da Energia Livre de Gibbs
p
( ij,,  ij, )
i
 G j
 exp  
 RuT
Kj
i 1
Variação da Energia Livre de Gibbs:
G j

N

 ij,, g i
i 1

N
,

 ij g i
i 1



Reações de dissociação (modelo 9)
 OH

H 2O
reação 2 :
H2

2H
reação 3 :
O2

2O
reação 1 :
reação 4 :
H
H

reação 5 :
O2

HO2
H 2 O2

2OH
reação 6 :
H2 
O2

2OH
reação 7 :
OH 
H2

H 2O 
reação 8 :
H
 O2
 OH

O
reação 9 :
O
 H2
 OH

H
reação 10 :
H 
2O2
HO2
 O2
reação 11 :
OH 
HO2  H 2 O
 O2
reação 12 :
H  HO2 
reação 13 :
O  HO2  O2
reação 14 :
reação 15 :
reação 16 :
2OH
H

H
 O
 HO2 
2 HO2
reação 17 : H 2 O2 
2OH

H2


OH
H 2O

O2
H 2 O2  O2
H
 HO2

H2
reação 18 : H 2 O2  OH
 H 2O

HO2
Modelo 3
H2
 aO2
 n1H 2O  n2O2
 n3 H 2
 n4OH
 n5O  n6 H
Equação Geral:
H 2  aO2  n1H 2O  n2O2  n3 H 2  n4OH  n5O  n6 H
Reações de Dissociação:
 OH

H 2O
reação 2 :
2H

H2
reação 3 :
2O  O2
reação 1 : H
reação 4 : O 
H
 OH
Modelo 3
Número de
Moles:
H2
n1  n H Ob  n O 1
 aO2
1
2
2
n2
 d
 3
n3

 2
n4
  1
n5
  2 3
n6
  1
f
n  n0
Sistema de
Equações:
2
n3 H 2
 n4OH
 n5O  n6 H
 4
 4
 2 2
 1
 4
 2
K1 pn4 n6
 n1 n
K 2 pn62
 n3 n
K 3 pn52
 n2 n
K 4 pn5 n6
 n4 n
 3
 4
Composição Química
Composição química de equilíbrio para o problema E1
1,00E+00
Fração mássica
1,00E-01
1,00E-02
1,00E-03
1,00E-04
1,00E-05
1,00E-06
H2O
O2
H2
OH
O
H
HO2
H2O2
O3
Espécies
Modelo 2
Modelo 5
Modelo 9
Teqworks
CEA
Composição Química
Erro na determinação das frações mássicas do problema E1
[em módulo]
Erro absoluto [em módulo]
1,00E-01
1,00E-02
1,00E-03
1,00E-04
1,00E-05
1,00E-06
H2O
O2
H2
OH
O
H
HO2
H2O2
Espécie
Modelo 2
Modelo 5
Modelo 9
Teqworks
O3
Composição Química
• Modelo 2: pequeno número de espécies não permite
uma boa solução para a composição química de
equilíbrio.
• Modelos 5 e 9: bons resultados quando comparados ao
programa CEA (resultados melhores que o Teqworks,
para certas espécies).
Temperatura de Combustão
Temperatura de combustão x OF
4000
Temperatura [K]
3500
3000
2500
2000
1500
0
2
4
6
8
10
12
OF
CEA
Gibbs
Teqworks
14
16
18
Temperatura de Combustão
Temperaturas de combustão obtidas pelos programas Gibbs,
Teqworks e CEA para o problema C1
4700
4600
4500
4300
4200
4100
4000
3900
3800
3700
EA
C
9
Te
qw
or
ks
od
el
o
M
od
el
o
10
7
M
M
od
el
o
5
od
el
o
4
M
od
el
o
3
M
M
od
el
o
2
M
od
el
o
1
od
el
o
M
od
el
o
0
3600
M
Temperatura [K]
4400
Temperatura de Combustão
• Modelos 0, 1 e 2: um número reduzido de espécies e de
reações de dissociação não permite uma boa estimativa
da temperatura de combustão.
• Modelos 3 a 10: bons resultados quando comparados
ao programa CEA.