Основные физико-химические и эксплуатационные свойства топлив и их оценка

2.1.1. Энергетические характеристики топлив

Двигатели, установленные на ВС. создают силу тяги за счет тепловой энергии, полученной при сгорании топлив. которая с по­мощью газообразного рабочего тела преобразуется в механичес­кую работу отброса газовой струи или вращения воздушного винта.

Горение топлива—это быстрая реакция окисления, в ходе ко­торой его химическая энергия превращается в основном в тепло­вую, а само топливо — главным образом в газообразные продук­ты. Горючими элементами топлив являются углерод и водород, а окислителем — атмосферный воздух.

Реакции окисления — цепные. Они состоят из ряда повторяю­щихся звеньев, в ходе которых образуются активные частицы — свободные атомы и радикалы. Ничтожно малого количества ак­тивных промежуточных продуктов достаточно для непрерывного протекания цепного превращения, в которое звено за звеном втя­гивается большая масса исходных веществ (углеводорода и кис­лорода). Чтобы окисление происходило в форме горения, должны существовать условия для быстрого перемещения активных частиц и разветвления цепей реакций. Такие условия имеются только в газовой среде, их нет в жидких и твердых телах. Жидкое топливо сначала должно полностью испариться и перемешаться с возду­хом, только после этого возможно его горение.

Количество кислорода, теоретически необходимое для полного окисления горючих элементов, можно определить по уравнениям реакций окисления. Так, для углерода и водорода:

уравнения реакций C+O2 → CO2, H2 + 0,5 О2 → Н2О;

молекулярные массы 12,01 32 2,16 0,5(32)

Следовательно, на 1 кг углерода идет 32: 12,01 ==2,66 кг кис­лорода, а на 1 кг водорода—16: 2,016 =7,94 кг кислорода, т. е. в три раза больше.

Количественные соотношения, в которых вещества реагируют друг с другом без остатка, называются стехиометрическими.

Стехиометрическое отношение χ ₀ = (кг окислителя) / (кг горючего) - называют стехиометрическим коэффициентом горючей смеси.

Чтобы определить, сколько кислорода требуется для полного сгорания 1 кг топлива сложного состава, нужно знать его элемент­ный состав, т. е. содержание в нем горючих элементов ([С], [Н] и т. д.), а также кислорода [О], если он содержится в горючем ве­ществе: χ ₀ =2,66 [С]+7,94 [Н]—[0].

Например, для сгорания 1 кг реактивного топлива, состоящего из 0,86 кг углерода и 0,14 кг водорода, необходимо кислорода

χ ₀ == 2,66.0,86+7,94.0,14 =3,4 кг.

В воздушно-реактивных и поршневых двигателях для сжигания топлива используется атмосферный воздух, 1 кг которого содержит 0.231 кг кислорода. Следовательно, потребное количество воздуха (lо) для полного сгорания 1 кг топлива

lо = 3.4/0.231=14.7кг

Чем больше водорода в углеводородном топливе, тем больше кислорода нужно для полного сгорания топлива.

Реальный состав горючей смеси в двигателях обычно отлича­ется от стехиометрического. Его принято выражать коэффициен­том избытка воздуха а, представляющим собой отношение дейст­вительной массы воздуха в смеси к стехиометрической:

α=l/lо

где l — действительное количество воздуха, приходящееся на 1 кг топлива.

При а=1 (стехиометрическая смесь) обеспечивается полное сгорание топлива без остатка избыточного окислителя. При а>1 (бедная смесь) после полного окисления горючего остается избы­ток окислителя. При а<1 (богатая смесь) из-за недостатка окис­лителя происходит неполное сгорание топлива.

Дата добавления: 2015-07-11