Читайте также: |
|
Для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива необходимо вполне определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым и определяется по элементарному составу топлива.
Для жидких топлив
(3.3)
или
(3.4)
где lо— теоретически необходимое количество воздуха в кг для сгорания 1 кг топлава, (кг возд/кг топл.); L0 — теоретически необходимое количество воздуха в кмоль для сгорания 1 кг топлива, (кмоль возд/кг толл.); 0,23 — массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха; 0,208 — объемное содержание кислорода в 1 кмоль воздуха. Причем
l0= μВL0, (3.5)
где μВ = 28,96 кг/кмоль — масса 1 кмоль воздуха.
Для газообразных топлив
, (3.6)
где L’0 — теоретически необходимое количество воздуха в молях или м3 для сгорания 1 моля или 1 м3 топлива (моль возд./моль топл., или м3 возд./м 3топл.).
В зависимости от условий работы двигателя, способа регулирования мощности, типа смесеобразования и условий сгорания топлива на каждую массовую или объемную единицу топлива приходится количество воздуха, которое может быть больше, равно или меньше теоретически необходимого для полного сгорания топлива.
Отношение действительного количества воздуха l (или L), участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха l0 (или L0) называется коэффициентом избытка воздуха:
α=l/l0= L/L0 (3.7)
для различных двигателей при номинальной мощности принимаются следующие значения α:
Карбюратораые двигатели……………………………………………………0,80 —0,96
Двигатели с форкамерно-факельным зажиганием………………………….0,85—0,98и выше
Двигатели с искровым зажиганием и впрыском топлива…………..............0,85—1,30
Дизели с неразделенными камерами и объемным смесеобразованием……1,50—1,70
Дизели с неразделеяжыми камерами и пленочвнм смесеобразоваякем……1,50—1,60
Ввхрекамерне дизели…………………………………………………………..1,30—1,45
Предкамерные дизеля………………………………………………………….1,40—1,50
Дизели с наддувом………………………………………………………………1,30—2,2
В двигателях с наддувом, когда осуществляется продувка цилиндров воздухом, используют суммарный коэффициент избытка воздуха;αc =φпα (, где = 1,0 — 1,25 — коэффициент продувки четырехтактных двигателей.
Снижение α — один из эффективных путей форсировки рабочего процесса двигателя. Для заданой мощности двигателя уменьшение (до определенных пределов) коэффициента избытка воздуха приводит к меньшим размерам цилиндра. Однако с уменьшением величины α возникает неполнота сгорания топлива, ухудшается экономичность и увеличивается термическая напряженность двигателя. Практически полное сгорание топлива в двигателе возможно только при α > 1, тах как при α = 1 невозможно получить такую совершенную смесь топлива с воздухом, в которой каждая частица топлива была бы обеспечена необходимым количеством кислорода воздуха.
Горючая смесь (свежий заряд) в двигателях с воспламенением от искры состоит из воздуха и испарившегося топлива и определяется величиной
M1= αL0+1/mТ, (3.8)
где М1 —количество горючей смеси (кмоль гор.см/кгтопл.); mТ, — молекулярная масса паров топлива, кг/кмоль.
Для различных топлив принимаются следующие значения mТ, кг/кмоль: - для автомобильных бензинов 110 — 120;
- для дизельных топлив—180—200.
Величиной 1/mТ при определении М1 для двигателей с воспламенением от сжатия пренебрегают, как относительно малой по сравнению с объемом воздуха. Поэтому для этих двигателей
М1 = αL0 (3.9)
Для газовых двигателей
М’1 = αL’0 , (3.10)
где М’1 — количество горючей смеси (моль гор.см/моль топл. или м3гор.см./ м3 топл.).
Для любого топлива масса горючей. смеси
m1= αl0+1 (3.11)
где m — массовое количество горючей смеси, кг гор.см/кг топлива.
При полном сгорании топлива (α ≥ 1) продукты сгорания состоят из углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, избыточного кислорода О2 и азота N2.
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания жидкого топлива при α ≥1:
- углекислого газа (кмоль СО2/кг топл.
- водяного пара (кмоль Н2О/кг топл)
- кислорода (кмольО2/кг топл)
- азота (кмоль N2/кг топл)
Общее количество продуктов полного сгорания жидкого топлива (кмоль пр.сг/кг топл.)
∑Мi = С/12+ Н/2+(α - 0,208)L0 (3.13)
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания газообраз-ного топлива при α ≥1:
-углекислого газа (моль СО2/моль топл.)
;
- водяного пара (моль Н2О/моль топл.)
(3.14)
- кислорода (моль О2/моль топл.)
- азота (моль N2 /моль топл.)
где N2 — количество азота в топливе, моль.
Общее количество продуктов полного сгорания газообразяого топлива (моль пр.сг/моль топл.)
M 2' =∑M'i (3.15)
При неполном сгорании топлива (α <1) продукты сгорания представляют собой смесь оксида углерода СО, углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, свободного водорода Н и азота N2.
Количество отдельных компонентов продуктов неполного сгорания жидкого топлива:
- углекислого газа (моль СО2/кг топл.)
;
- оксида углерода (кмоль СО/кг топл.)
- водяного пара (кмоль Н2О/кг топл.)
- водорода (кмоль Н2/кг топл.)
- азота (кмоль N2 кг топл.)
где К — постоянная величина, зависящая от отношения количества водорода к оксиду углерода, содержащихся в продуктах сгорания (для бензина К= 0,45…0,50).
Зависимость количества горючей смеси (свежего заряда), продуктов сгорания и их составляющих от коэффициента избытка воздуха в бензиновом двигателе и в дизеле представлена на графиках (рис. 3.1 и 3.2).
Общее количество продуктов неполного сгорания жидкого топлива (кмоль пр.сг/кг топл)
M2=∑Mi=С/12+Н/2+0,792αL0 (3.16)
Изменение количества молей рабочего тела при сгорании определяется как разность (кмоль см./кг топл):
ΔМ=М2 – М1 (3.18)
Для жидкого топлива количество молей продуктов сгорания всегда больше, чем количество молей свежего заряда (горючей смеси). Приращение объема продуктов сгорания ΔМ происходит вследствие увеличения суммарного количества молекул в результате химических реакций распада молекул топлива и образования новых молекул. Рост числа молей продуктов сгорания — положительный фактор, так как увеличивает объем продуктов сгорания и, следовательно, способствует некоторому возрастанию полезной работы газов при их расширении.
Изменение количества молей ΔМ’ в процессе сгорания газообразных топлив зависит от природы входящих в топливо углеводородов, их количества, соотношения между количеством углеводородов, водорода, оксида углерода. Оно может быть как положительным, так и отрицательным.
Относительное изменение объема при сгорания характеризуется величиной химического коэффициента молекулярного изменения горючей смеси, который представляет собой отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей горючей смеси.
μ0=М2/М1=1+ΔM/M1 (3.19)
Величина μ0, для жидких топлив всегда больше единицы и возрастает с уменьшением коэффициента избытка воздуха (рис. 3.3). Излом кривой в точке, соответствующей α=1, получается вследствие прекращения выделения оксида углерода СО и полного сгорания углерода топлива с образованием углекислого газа СО2
В цилиндре реального двигателя в сгорании участвует не горючая смесь, а так называемая рабочая смесь, которая состоит из свежего заряда (горючей смеси) М1 и остаточных газов Мr, т. е. части продуктов сгорания, не удаленной из цилиндра в процессе выпуска.
Относительное количество остаточных газов характеризуется коэффициентом остаточных газов
γr=Mr/M1 (3.20)
Изменение объема при сгорании рабочей смеси (горючая смесь+остаточные газы) учитывает действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, который представляет собой отношение общего количества молей газов в цилиндре после сгорания (М2+Мr) к числу молей до сгорания (М1+Мr):
μ= (М2 + Мr)/(М1 + Мr) = (μ0+γr)/(1 + γr). (3.21)
Из выражений (3.21) следует, что действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси μ зависят от коэффициента остаточных газов γr и химического коэффициента молекулярного изменения горючей смеси μ0. В свою очередь μ0 зависит от состава топлива и коэффициента избытка воздуха α.
Наибольшее влияние на изменение величины μ (рис. 3.4) оказывает именно коэффициент избытка воздуха α. С уменьшением α действительный коэф- фициент молекулярного изменения рабочей смеси растет и особенно интен- сивно при обогащении смеси (α>1).
Величина μ изменяется в пределах:
Для бензиновых двигателей………………………………………. 1,02—1,12
Для дизелей………………………………………………………….1,01—1,06
ЛЕКЦИЯ 11
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 153 | Нарушение авторских прав