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:
Основные правила эксплуатации, технического обслуживания и ремонта
бульдозеров
Содержание и периодичность ТО и ремонта машин. В нашей стране принята система планово – предупредительного технического обслуживания и ремонта землеройно-транспортных машин. Основные положения этой системы в строительстве определены. Виды ТО, ремонта и периодичности их проведения, а также состав и ...
Перечень неисправностей и условий, при которых запрещается эксплуатация
транспортных средств
автомобиль обслуживание неисправность эксплуатация
Настоящий Перечень устанавливает неисправности автомобилей, автобусов, автопоездов, прицепов, мотоциклов, мопедов, тракторов, других самоходных машин и условия, при которых запрещается их эксплуатация. Методы проверки приведенных параметров регла ...
Схема расположения органов управления самолетом
Органами управления самолета является оперение. Оперение обеспечивает устойчивость, управляемость и балансировку самолета в полете. Оно состоит из горизонтального и вертикального оперения. К оперению также относят элероны – органы поперечной управляемости и балансировки.
Горизонтальное оперение с ...