Термохимия процесса сгорания

Статьи » Судовые двигатели внутреннего сгорания » Термохимия процесса сгорания

Страница 1

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

Страницы: 1 2

Рекомендуем также:

Определение допускаемого нажатия тормозной колодки
С целью создания эффективной тормозной системы величина нажатия тормозной колодки на колесо должна обеспечивать реализацию максимальной тормозной силы. Вместе с тем необходимо исключить возможность появления юза при торможении. При условиях сухих и чистых рельсов это положение для колодочного торм ...

Расчет безопасного прохождения криволинейных участков пути
Одним из наиболее сложных участков маршрута является Нижний Дон. Особое внимание при его прохождении следует уделить криволинейным участкам пути, перекатам, запрещенным для обгона и расхождения. Общая протяженность запрещенных для расхождения и обгона участков – 35 км. Один из самых сложных для пр ...

Управление судном при прохождении шлюзов
Движение по водохранилищам сопряжено с необходимостью шлюзования. Управление судном в подходном канале шлюза и в самом шлюзе имеет свои особенности, связанные с резким увеличением стесненности живого сечения подходного канала и шлюза корпусом судна. Движение судна при проходе через шлюз можно раз ...

Навигация

Copyright © 2020 - All Rights Reserved - www.transportpart.ru