![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Анализ процессов сгорания
Как уже было показано, для полного сгорания 1 кг топлива требуется m 0 кг воздуха (теоретически необходимое количество воздуха). Величина m 0 достаточна для полного сгорания топлива, если оно хорошо перемешано. В действительности такое перемешивание в двигателях не осуществляется и количество воздуха, требуемого для полного сгорания 1 кг топлива, больше теоретически необходимого. Отношение количества воздуха m, действительно поступающего в цилиндр двигателя, к теоретически необходимому количеству m0 называется коэффициентом избытка воздуха α:
Если α < 1 (недостаток кислорода), смесь называют богатой, при α > 1 (избыток кислорода) смесь называют бедной. В двигателях с искровым зажиганием достаточно устойчивое протекание процесса сгорания достигается при α = 1, 1 – 1, 3. Максимальная мощность этих двигателей имеет место при некотором обогащении смеси (α = 0, 85 – 0, 9). Устойчивая работа на малых нагрузках и холостом ходу требует большего обогащения смеси. При α < 1 из-за недостатка кислорода топливо не сгорает полностью и в отработанных газах появляются продукты неполного окисления (СО, Н, NOX, углеводороды и др.). В дизелях коэффициент α в зависимости от нагрузки меняется в широких пределах (от 5 и более при малой до 1, 4 – 1, 25 при полной нагрузке). При работе на богатой смеси мощность двигателя уменьшается, возрастают потери тепла с недожогом топлива, скорость сгорания падает. При использовании бедной смеси мощность и экономические показатели также снижаются из-за уменьшения скорости горения. Горючие смеси с коэффициентом избытка воздуха менее 0, 4 и более 1, 35 не воспламеняются. При полном сгорании 1 кг топлива в двигателях с искровым зажиганием общее количество горючей смеси, кмоль, состоящей из паров топлива и воздуха,
где μ Т- молекулярная масса топлива (см. табл.1). В дизелях из-за малого объема, занимаемого жидким топливом, величиной 1/μ Тможно пренебречь, поэтому
М Т = α М 0. (4. 17)
При полном сгорании жидкого топлива (α > 1) продукты сгорания состоят из образовавшихся в результате реакции СО 2, Н 2 О, избыточного кислорода и азота. Количество отдельных составляющих продуктов сгорания, кмоль, определяется по следующим формулам:
где 0, 21 α М 0 – количество поступившего кислорода, кмоль; 0, 21 М 0 – количество кислорода, принявшего участие в реакции, кмоль.
MN 2 = 0, 79 α М 0.
Общее количество продуктов сгорания МПС, кмоль, отнесенное к 1 кг топлива:
Подставляя в это выражение значения,
Для стехиометрического состава смеси (α = 1):
Для значения α > 1 количество, кмоль, продуктов сгорания с учетом избыточного азота Δ Μ N 2 = 0, 79(α – 1) M 0 и избыточного кислорода Δ Μ О 2 = 0, 21(α – 1) M 0 в продуктах сгорания определится:
Масса продуктов сгорания G ПС, кг, при сгорании 1 кг жидкого топлива
Тогда
При неполном сгорании жидкого топлива (α < 1) из-за недостатка кислорода часть углерода топлива сгорает в окись углерода, а часть водорода не реагирует с кислородом. Эксперименты показывают, что отношение числа молей водорода к окиси углерода примерно постоянно для данного топлива и не зависит от величины α. Обозначим это отношение через К.
Согласно опытным данным для бензинов, у которых Н/С = 0, 17 – 0, 19, К = 0, 45 – 0, 50, а при Н/С = 0, 13, К = 0, 30. Вследствие неполноты сгорания топлива выделившееся количество теплоты уменьшается на доли не выделившейся теплоты находящихся в продуктах сгорания окиси углерода водорода (Δ Q Н) CO и (Δ Q Н) Н2. Суммарную долю не выделившейся теплоты (Δ Q Н)хим = (Δ Q Н) CO + (Δ QН) Н 2 можно подсчитать по уравнению, Дж/кг
(Δ Q Н)хим = А(1 – α) М 0, (4.25)
где А =114· 106 при К = 0, 5 – 0, 45 и А = 116· 106 при К = 0, 3. Опуская промежуточные выкладки, запишем выражение для компонентов, входящих в состав продуктов сгорания в случае α < 1. Количество каждого компонента, кмоль, определяется по следующим формулам:
В то время как массы, кг, продуктов сгорания и горючей смеси до сгорания одинаковы (G ПС = G T), количество молей продуктов сгорания и количество молей горючей смеси до сгорания неравны. Изменение количества молей смеси (Δ М) при сгорании происходит вследствие изменения числа молекул газообразных продуктов сгорания по сравнению с числом молекул горючей смеси до сгорания, т.е. Δ М = М ПС – М Т. Изменение количества молей принято выражать относительной величиной - теоретическим коэффициентом молекулярного изменения
Для бензиновых двигателей с искровым зажиганием
Для дизелей (α > 1)
Вопросы для самопроверки
1. Что такое коэффициент избытка воздуха? 2. Почему двигатели с искровым зажиганием и дизели работают с разными коэффициентами избытка воздуха? 3. Какая топливная смесь называется богатой, а какая – бедной? 4. Что такое неполное сгорание? 5. каков состав продуктов сгорания?
|