Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Состав, свойства и реакции сгорания топлива

30.09.2014


В двигателях лесотранспортных машин применяется жидкое моторное топливо, получаемое, в основном, перегонкой или деструктивной переработкой нефти. Расширяется производство жидкого топлива путем переработки каменного и бурого угля, а также сланцев. В жидком топливе, полученном из нефти, содержится 85...86% углерода, 13...15% водорода и в незначительном количестве азот, кислород и сера.
В ближайшие годы следует ожидать применения «альтернативных топлив» для двигателей лесотранспортных машин. Одним из самых полноценных заменителей жидкого моторного топлива является сжиженный (нефтяной) углеводородный газ — пропанбутан. Автомобиль, работающий на сжиженном газе, не снижает свои технико-эксплуатационные показатели, но резко уменьшается загрязнение окружающей среды. Серийно выпускаются автомобили, работающие на сжатом природном газе (метане), но техникоэкономические показатели таких автомобилей несколько хуже, чем автомобилей, оснащенных двигателями, работающими на сжиженном газе. За рубежом в качестве заменителя нефтяного топлива применяются спирты — метиловый и этиловый (метанол, этанол). Спирты имеют меньшую, чем у бензина, теплотворную способность, высокую скрытую теплоту испарения, низкую упругость паров и температуру кипения. Поэтому их применение ведет к снижению запаса хода автомобиля, ухудшению пусковых свойств двигателя. Однако при работе на метаноле возрастает мощность и КПД двигателя, снижаются тепловая напряженность деталей, закоксовывание и нагарообразование. Ведутся работы по использованию в качестве моторного топлива водорода.
На качество горения влияют свойства топлива, характеризуемые показателями, некоторые из них приведены ниже.
Под элементарным составом топлива понимают массовое содержание отдельных элементов топлива. Элементарный состав жидкого топлива, выраженный в единицах массы, состоящий из углерода С, водорода H и кислорода Oт, можно записать следующим образом:
С + H + Oт = 1 кг.

Полное сгорание топлива в цилиндре можно рассматривать как результат реакции окисления углерода и водорода, что соответствует химическим уравнениям:
С + O2 = CO2; 2Н + O2 = 2Н2О.

В результате реакции углерода и водорода с кислородом воздуха образуются соответственно углекислый газ и водяной пар:
2С + O2 = 2СО.

При расчете реакции сгорания принимают сухой воздух с содержанием кислорода по массе 23%, а по объему 21%. При этих условиях для полного сгорания 1 кг топлива теоретически необходимое количество сухого атмосферного воздуха l0 определяется выражениями:
Состав, свойства и реакции сгорания топлива

или в кмоль:
Состав, свойства и реакции сгорания топлива

Связь между l0 и L0 имеет вид:
l0 = maL0 = 28,97,

где ma — кажущаяся молекулярная масса воздуха.
В реальном двигателе в зависимости от способа смесеобразования, организации рабочих процессов и режимов работы, соотношения топлива и воздуха, поступающих в цилиндр, изменяются.
Коэффициент избытка воздуха. В реальных условиях эксплуатации двигателей лесотранспортных машин действительное количество воздуха, участвующего в реакции, может быть больше или меньше теоретически необходимого для полного сгорания. Отношение количества воздуха в горючей смеси L к количеству воздуха, которое необходимо для полного сгорания топлива L0, называется коэффициентом избытка воздуха α:
Состав, свойства и реакции сгорания топлива

В зависимости от значения а состав горючей смеси принято называть: нормальная смесь, если α = 1; бедная смесь (избыток кислорода), если α > 1; богатая смесь (недостаток кислорода), если α < 1.
В карбюраторных двигателях преобладает количественное регулирование с изменением а в пределах 0,8...1,3. Максимальная топливная экономичность и устойчивое развитие протекания процесса сгорания достигается при α = 1,1...1,3 с полностью открытой дроссельной заслонкой. Однако, максимальную мощность двигатель развивает при работе на обогащенной смеси (α = 0,85...0,90).
В дизельном двигателе применяется качественное регулирование, при котором в зависимости от нагрузки коэффициент α изменяется от 1,25...1,4 при полной нагрузке до нескольких единиц при холостом ходу.
Теплотворная способность топлива. Количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой единицы топлива называют теплотой сгорания или теплотворной способностью топлива. В расчетах принимают за низшую такую теплотворную способность топлива hu, которая меньше высшей на величину скрытой теплоты парообразования воды. Если известен элементарный состав топлива, то его теплотворная способность может быть приближенно подсчитана по эмпирической формуле Д. И. Менделеева:
hu = 34,013С + 125,6Н - 10,9(Oт + С) - 2,512(9Н + W),

где С, Н, От, W — соответственно, массы содержания в 1 кг топлива: углерода, водорода, кислорода, серы и влаги; низшая теплотворная способность бензина около 44 МДж/кг, а дизельного топлива 42,5 МДж/кг.
Коэффициент использования тепла. Процесс сгорания сопровождается тепловыми потерями, возникающими вследствие: отвода тепла в окружающую среду; догорания смеси в процессе расширения; проникновения топлива в картер двигателя; поглощения тепла на расщепление молекул H2O и CO2. Все эти потери учитываются коэффициентом использования тепла:
Состав, свойства и реакции сгорания топлива

где hu — низшая теплотворная способность топлива, МДж/кг; ΔQ — потери тепла в процессе сгорания, МДж/кг.
В этом коэффициенте отражается теплотворная способность топлива, которая используется для повышения энергии газов в процессе сгорания. Значение коэффициента ξ зависит от совершенства смесеобразования, состава смеси, режимов работы двигателя и ряда других факторов.
При работе двигателя ξ изменяется в следующих пределах: карбюраторный ξ = 0,85...0,95; дизельный ξ = 0,70...0,85.
Продукты сгорания. При полном сгорании жидкого топлива (α ≥ 1) образуются следующие основные продукты сгорания: CO2 — углекислый газ (1...12% по объему); H2O — пары воды (0,5...5,5%); N2 — азот воздуха (74...78%); O2 — избыточный кислород (0...9%). При неполном сгорании жидкого топлива (α ≤ 1) в продуктах сгорания присутствует продукт неполного сгорания части углерода топлива CO.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: