Коэффициент молекулярного изменения при сгорании топлива

Весовое количество продуктов сгорания равно сумме весов воздуха и топлива до сгорания. Объем же продуктов сгорания при прочих равных условиях больше объема свежего заряда, так как в процессе сгорания увеличивается количество молей газов. Это увеличение можно оценить как:

△M = M – L = M – αL_o^кмоль / _{кг топл}

Количество молей продуктов сгорания М при полном сгорании 1 кг топлива и α >1 равно:

M = Mco₂ + Mh₂o + Mso₂ + Mo₂ + Mn₂

Из уравнений (1) найдем:

Mco₂ = C/12

Mh₂o = H/2

Mso₂ = S/32

Количество молей кислорода, не использованного в процессе сгорания, определится как:

Mo₂ = 0.21 (α-1) L_o

Общее количество молей азота, не принимающего участия в реакции горения:

Mn₂ = 0.79L = 0.79 αL_o

Подставляя полученные значения в уравнение (5), получим:

M = C/12 +H/2 +S/32 + 0.21 (α-1) L_o+ 0.79 αL_o

Или:

M = C/12 +H/2 +S/32 + (α-0.21) L_o

Количество молей воздуха L до сгорания также может быть найдено с помощью уравнений (1):

L = L_{o2 α=1} + Mo₂ + Mn₂

Где:

L_{o2 α=1} = C/12 + H/4 + S/32 – O/32

Тогда:

L = C/12 + H/4 + S/32 – O/32 + (α – 0.21) L_o

Из равенств (6) и (7) найдем приращение количества молей газов ΔМ:

△M =_{H/4 + O/32 = (8H + O)/32 ^кмоль / кг топл}

Как видно из равенства (8), приращение количества молей газов определяется содержанием в топливе кислорода и водорода и не зависит от коэффициента избытка воздуха на сгорание.

Отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей свежего воздуха, участвующего в реакции горения, называется химическим коэффициентом молекулярного изменения:

β_o = M/L = (L + △M)/L = 1 + (8H + O)/32 αL_o

Действительный коэффициент молекулярного изменения β должен учитывать количество молей остаточных газов M_г, находящихся в цилиндре к моменту начала процесса сгорания. Он равен:

β = (M + M_r )/(L + M_r ) = (M/L + M_r /L)/(L/L + M_r /L) = (β_o + γ_r )/(1+ γ_r )

Из уравнения (9) найдем: ΔM/L = β₀ — 1; тогда для произвольного момента процесса сгорания, когда сгорела лишь i-тая доля топлива, текущее значение коэффициента β_i, равно:

β₁ = (L + i △M + M_r)/(L + M_r) = 1 + i △M/(L + M_r) = △M/L i/(1+ γ_r)

Анализируя формулы (9) — (11), можно сказать:

При i =1 (все топливо сгорело), формула (11) принимает вид (10);
β₀ всегда больше 1, а β < β₀;
С увеличением коэффициента избытка воздуха на сгорание коэффициенты β₀ и β уменьшаются.

Обычно при расчетах судовых дизелей принимают для точки z цикла: β_z ≈ β, пренебрегая догоранием. Это допущение лежит в пределах погрешности расчета. Кроме того, при расчетах β не учитывается полнота сгорания топлива — получение угарного газа СО (неполное сгорание) и чистого углерода (дымный выхлоп). Для хорошо отрегулированных двигателей эти допущения не дают большой погрешности.

Сноски