.

Расчет процесса сгорания топлива

Расчет процесса сгорания производится на основе анализа молекулярных изменений воздушного заряда и топлива при сгорании с использованием эмпирических данных по опыту работы созданных ранее конструкций дизелей. Расчет носит приближенный характер и ставит своей конечной целью определение параметров рабочего цикла в точке z. Предварительно для расчета параметров в конце процесса сгорания необходимо знать: количество воздуха, потребное для сжигания подаваемого в цилиндр топлива; количество молей продуктов сгорания и их теплоемкость. Рассмотрим порядок определения этих величин.

Определение количества воздуха, необходимого для сгорания топлива

Жидкое нефтяное топливо, используемое в дизелях, состоит из углерода С, водорода H, кислорода О, серы S, золы и других негорючих соединений. Обычно весовой состав каждого из элементов находится в пределах:

C = 0,840,88;

H = 0,110,14;

S = 0,00010,05;

O = 0,000050,03.

Примем, что 1 кг топлива состоит из C кг углерода, H кг водорода, S кг серы и О кг кислорода:

1 кг = C+H+S+O

Химические реакции полного окисления элементов запишутся в виде:

C+O2 = CO2

2H2+O2 = 2H2 O

S+O2 = SO2

С учетом молекулярных весов эти реакции можно записать в весовых или мольных долях:

12 кг C+32 кг O2 = 44 кг CO2

4 кг H+32 кг O2 = 36 кг H2O

32 кг S+32 кг O2 = 64 кг SO2

Или:

12 кг C+1 кмоль O2 = 1 кмоль CO2

4 кг H2+1 кмоль O2 = 2 кмоля H2O

32 кг S+1 кмоль O2 = 1 кмоль SO2

Для 1 кг каждого элемента формулы примут вид:

1 кг C+112 кмоля O2 = 112 кмоля CO2

1 кг H2+14 кмоля O2 = 112 кмоля H2O

1 кг S+132 кмоля O2 = 132 кмоля SO2

Если каждого элемента будет содержаться C, H и S кг соответственно, то окончательно можно записать:

C кг C+C/12 кмоля O2 = C/12 кмоля CO2

H кг H2+H4 кмоля H2O = H2 кмоля H2O

S кг S+S32 кмоля O2 = S32 кмоля SO2

Как видно из уравнений (Формула 1), при сгорании углерода и серы количество молей газов равно количеству молей кислорода, вступившего в реакцию. При сгорании водорода происходит увеличение в 2 раза числа молей водяного пара по сравнению с числом молей потребного на окисление кислорода. Общее количество молей кислорода воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, равно:

Lo2 = C12+H4+S32O32 кмолей O2кг топлива,

где:

  • O32

    — количество молей кислорода, содержащееся в топливе.

Учитывая, что мольная (объемная) доля кислорода в воздухе составляет примерно 0,21, потребное количество воздуха составит:

L0 = (10,21) (C12+H4+S32O32) кмоль возд./кг топл.,

где:

  • L0 — теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива.

В весовых единицах теоретически необходимое количество воздуха равно:

L0 = μbL0 кг возд/кг топлива

где:

  • μв = 28, 97 кг/кмоль — среднемольный вес воздуха.

Приняв для дизельного топлива среднего состава весовое соотношение элементов равным:

C = 0,87;

H = 0,126;

O = 0,004

Получим:

  • L0 = 0,495 кмолей воздуха/кг топлива;
  • L0′ = 14,3 кг воздуха/кг топлива.

Заметим, что при нормальных условиях это количество воздуха имеет объем, равный: L0″ ≈ 11,1 м3 воздуха/кг топлива.

В дизелях количество воздуха L, подаваемого в цилиндр для сгорания 1 кг топлива, больше теоретически необходимого. Необходимость увеличенной подачи воздуха определяется неравномерным распределением топлива в объеме камеры сгорания (в результате чего в одних точках объема — недостаток, в других — избыток кислорода воздуха), желанием улучшить полноту сгорания и уменьшить температуру в точках z и b цикла. Отношение действительного количества воздуха, находящегося в камере сгорания, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха при сгорании:

α = L/L0 = L/L0

Полное сгорание топлива в цилиндре возможно только при α > 1, В этом случае продукты сгорания представляют собой смесь “чистых” продуктов сгорания и избыточного воздуха. Обычно коэффициент избытка воздуха на сгорание находится в пределах:

  • α = 1,8 ÷ 2,1 — малооборотные дизели без наддува;
  • α = 1,6 ÷ 2,3 — малооборотные дизели с наддувом;
  • α = 1,3 ÷ 1,7 — высокооборотные дизели без наддува;
  • α = 1,5 ÷ 1,9 — высокооборотные дизели с наддувом;
  • α = 0,85 ÷ 1,2 — карбюраторные двигатели.

Более низкие α у высокооборотных дизелей объясняются большой однородностью смеси (особенно в двигателях с разделенными камерами сгорания), возможностью работы с большей форсировкой по температуре. У дизелей с наддувом α увеличивается для снижения максимальной и средней температуры цикла и уменьшения температуры цилиндропоршневой группы. У длинноходовых МОД удалось снизить избыток воздуха на сгорание до α = 1,6 ÷ 1.8.

Смотрите также:

б) Определение коэффициента молекулярного изменения при сгорании

в) Определение теплоемкости продуктов сгорания

г) Вывод уравнения сгорания

д) Анализ уравнения сгорания

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Март, 04, 2015 4656 0

Канал сайта в Telegram

Добавить комментарий

Читайте также

Текст скопирован
Пометки
Избранные статьи
Loading

Здесь будут храниться статьи, сохраненные вами в "Избранном". Статьи сохраняются в cookie, поэтому не удаляйте их.

Статья добавлена в избранное! Перезагрузка...