Теплота сгорания топлива и топливовоздушных смесей

Теплотой сгорания топлива называют то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании объемной или массовой единицы топлива.

Различают высшую Н₀ и низшую Н_u теплоту сгорания топлива.

Под высшей теплотой сгорания понимается то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждения продуктов сгорания.

Под низшей теплотой сгорания понимается количество теплоты, которое выделяется при полном сгорания топлива, но без учета теплоты конденсации водяного пара. Н_u, меньше высшей теплоты сгорания Н₀ на величину скрытой теплоты парообразования воды. Так как в двигателях внутреннего сгорания выпуск отработавших газов происходит при температуре выше температуры конденсации водяного пара, то для практической оценки тепловой ценности топлива обычно служит низшая теплота сгорания топлива.

Если известен элементный состав жидкого топлива, то для при- ближенного определения его низшей теплоты сгорания (МДж/кг) обычно пользуются формулой Д. И. Менделеева

Н_u = 33,91С+125,60Н - 10,89 (О—S) – 2,51 (9Н +W), (3.22)

где W — количество водяных паров в продуктах сгорания массовой или объемной единицы топлива.

Для газообразного топлива его низшая теплота сгорания (МДж/м³)

Н_u’= 12,8СО+ 10,8Н₂ + 35,7Н₄ + 56,0С₂Н₂ + 59,5С₂Н₄ + 63,3С₂Н₆ +

90,9С₃Н₈+ 119,7С₄Н₁₀ + 146,2С₅Н₁₂ (3.23)

Примерные значения низшей теплоты сгорания автотракторных топлив Н_u, приведены ниже:

Топливо…… Бензин Дизельное Природный газ Пропан Бутан

Нu ( МДж/кг(м³) ) 44,0 42,5 35,0 85,5 112,0

Для более полной характеристики тепловой оценки топлива необходиьло знать не только теплоту сгорания самого топлива, но и теплоту сгорания топливовоздушных смесей. Отношение теплоты сгорания единицы топлива к общему количеству горючей смеси принято называть теплотой сгорания горючей смеси. При отношении единцы объема (кмоль) теплота сгорания будет выражена в МДж/кмоль гор. см., а к единице массы — в МДж/кг гор.см.

Н _{гор. см} = Н_u/М₁ или Н _{гор. см} = Н_u/m₁ (3.24)

В двигателях, работающих при α <1, имеет место химическая неполнота сгорания топлива (МДж/кг) из- за недостатка кислорода

ΔН_u= 119,95 (1— α)L_о. (3.25)

Следовательно, формула (3.24) при α <1 примет вид

Н _{гор. см} = (Н_u - ΔН_u) /М₁ или Н _{гор. см} = (Н_u - ΔН_u) /m₁ (3.26)

На рис. 3.5 представлены зависимости теплоты сгорания топливовоздушных смесей от коэффициента избытка воздуха α. Необходимо отметить, что, теплота сгорания горючей смеси не пропорциональна теплоте сгорания топлива. При одинаковых значениях теплота сгорания смеси дизельного топлива с воздухом несколько выше теплоты сгорания смеси бензина с воздухом Это объясняется тем, что для полного сгорания единицы дизельного топлива требуется меньшее количество воздуха, чем для сгорания такого же бензина.

Так как в процессе сгорания участвует не горючая смесь, а рабочая (горючая смесь + остаточные газы), то целесообразно теплоту сгорания топлива относить к общему количеству рабочей смеси (МДж/кмоль раб. см):

при α ≥ 1

Н_{раб. см} = Н_u/(M₁ + М_r) = Н_u /[М₁ (1+ γ_r)], (3.27)

при α < 1

Н_{раб. см} = (Н_u -ΔН_u)/[М₁ (1+ γ_r)] (3.28)

Из уравнений (3.27) и (3.28) следует, что теплота сгорания рабочей смеси меняется пропорционально изменению теплоты сгорания горючей смеси.

При одинаковых значениях коэффициента избытка воздуха теплота сгорания рабочей смеси увеличивается при уменьшении коэффициента остаточных газов (рис. 3.6) Это положение справедливо как для бензина, так и для дизельного топлива.

Дата добавления: 2015-11-26