Термохимия процесса сгорания

Основным процессом, происходящим в цилиндре дизеля, является горение распыленного жидкого топлива.

Элементарный состав топлива можно записать

С + Н + О + S = 1,

где С – массовая доля в топливе углерода;

H – массовая доля в топливе водорода;

О – массовая доля в топливе кислорода;

S – массовая доля в топливе серы.

Процесс горения топлива состоит в окислении его составных частей с выделением теплоты.

Определим теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.

Если исходить из стехиометрических соотношений и игнорировать тепловой эффект реакции, то в результате полного сгорания получим

С + О2 = СО2

12 кг (углерода) + 32 кг (кислорода) = 44 кг (углекислого газа)

12 кг (углерода) + 1 кг/моль (кислорода) = 1 кг/моль (углекислого газа)

1кг (углерода) + 1/12 кг/моль (кислорода) = 1/12 кг/моль (углекислого газа)

С кг (углерода) + С/12 кг/моль (кислорода) = С/12 кг/моль (углекислого газа)

Таким образом, для сгорания С кг (углерода) требуется С/12 кг/моль (кислорода)

2 Н2 + О2 = 2 Н2 О

4 кг (водорода) + 32 кг (кислорода) = 36 кг (водяных паров)

4 кг (водорода) + 1 кг/моль (кислорода) = 2 кг/моль (водяных паров)

1 кг (водорода) + 1/4 кг/моль (кислорода) = 1/2 кг/моль (водяных паров)

H кг (водорода) + H/4 кг/моль (кислорода) = H/2 кг/моль (водяных паров)

Таким образом, для сгорания H кг (водорода) требуется Н/4 кг/моль (кислорода)

Аналогично можно получить, что для сгорания S кг серы требуется S/32 кг/молей кислорода.

Учитывая, что, кроме того, в самом топливе содержится кислород, найдем теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива

, (3.47)

где 0,21 – объемное, мольное содержание кислорода в воздухе.

То же количество воздуха, выраженное в кг на 1 кг топлива

L’ = μ L0 = 28,27 L0 ,

μ - молекулярная масса воздуха.

Для дизельного топлива среднего состава (С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004) получим L0 = 0,495 кг/моль/кг и L’ = 14,35 кг/кг.

В двигателях с самовоспламенением для обеспечения качественного сгорания топлива процесс осуществляется с некоторым избытком воздуха.

Отношение действительного количества введенного в цилиндр воздуха L к теоретически необходимому L0 называется коэффициентом избытка воздуха α

, (3.48)

. (3.49)

Значения α на номинальном режиме

МОД α = 1,8 ÷ 2,2;

СОД α = 1,6 ÷ 2,0;

ВОД α = 1,5 ÷ 1,8.

Теплоемкость воздуха и продуктов сгорания

Теплоемкость газов в цилиндре двигателя изменяется в процессе сгорания вместе с изменением температуры и состава смеси. Так как это обстоятельство оказывает заметное влияние на мощность и экономичность двигателя, то расчет рабочего цикла и анализ процессов в нем необходимо вести с учетом зависимости теплоемкости от температуры и состава смеси в цилиндре.

В отличие от истинной теплоемкости, которая представляет предел отношения приращения количества тепла к соответствующему приращению температуры в данной точке процесса, в теплохимических расчетах удобнее пользоваться понятием средней теплоемкости в определенном интервале температур.

Под средней теплоемкостью в интервале от 0о до данной Т температуры подразумевается такая условная одинаковая в данном интервале теплоемкость, произведение которой на приращение температуры дает такое же количество тепла, какое получается в результате интегрирования по переменному значению истинной теплоемкости.

В расчета оперируют средней мольной изохорной теплоемкостью СV и средней мольной изобарной теплоемкостью CP:

CP - СV = 8,315 кДж/(кмоль∙оК)

Применяемые на судах сорта жидких топлив имеют примерно одинаковый состав. При сгорании таких топлив с теоретически необходимым количеством воздуха (α = 1) получаются так называемые "чистые" продукты сгорания, состав которых, а следовательно теплоемкость, мало отличаются друг от друга для различных сортов топлив. Поэтому значения теплоемкости "чистых" продуктов сгорания для топлива среднего состава можно определить заранее и затем рассматривать при любом другом α > 1 как смесь только двух составляющих: воздуха и "чистых" продуктов сгорания.

В точных расчетах можно пользоваться табличными значениями средней теплоемкости, рекомендованные ВТИ на базе отбора и обработки спектроскопических данных.

При расчетах с меньшей точностью можно упростить расчет. Для этого истинный закон изменения средней теплоемкости заменяют приближенной зависимостью вида

Рекомендуем также:

Ежедневное обслуживание автомобиля. Этапы
Визуальный осмотр Ежедневный осмотр и проверка автомобиля, своевременный ремонт и техническое обслуживание — гарантия вашей безопасности. Ежедневный осмотр автомобиля поможет исключить многие неудобства во время управления автомобилем, а так же предотвратит многие поломки автомобиля, во время его ...

Шатуны
Шатун служит для соединения поршня с коленом вала и для передачи усилия от поршня т коленчатому валу. Шатун при работе двигателя совершает сложное качательное движение и подвергается воздействию переменной по величине и направлению нагрузке от давления газов и сил инерции. Поэтому шатун должен обл ...

Взлёт с одним отказавшим двигателем
, где = 4 - число двигателей на самолёте; — аэродинамическое качество самолёта при наборе высоты; = 0,03 - угол наклона траектории при наборе высоты при ≥ 4. ; Для данного самолёта потребная тяговооружённость . ...