Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

Количество

продуктов сгорания

К о л и ч е с т в о

п р о д у к т о в

с г о р а н и я

ж и д к о г о

т о п л и в а .

Количество

отдельных

компонентов продуктов полного

сгорания

на

1 кг жидкого топлива

(кмоль/кг):

М С о 2 = С/12;

Мп2о = Н/2;

(3-21)

Мо2

=

0,21 (а — 1) L0 ;

M N 2

=

0,79 aL0 .

Общее

количество

продуктов полного сгорания

М = МСо2

+ Мн2о + М ог + Мщ.

(3-22)

Подставляя приведенные

выше

значения

отдельных

составных

частей,

получаем

(кмоль/кг)

М =

С/12 +

Н/2 +

(ос — 0,21)

1 0

(3-23)

или количество продуктов

полного

сгорания

в весовых

единицах

(кг/кг топлива)^

M' =

aL'0+l.

При сгорании

имеет место приращение количества молей

ДМ = М — М0 .

Для

дизелей

М 0 = aL0,

поэтому

ДМ = М — aL0 .

Используя значение М из (3-23), получаем

(кмоль/кг)

ДМ =

С/12 + Н/2 +

(а — 0,21)

L 0 — aL0

= С/12 + Н / 2 — 0,21 Z.0,

а после

подстановки

значения

L 0 из (3-9)

ДМ = Я / 4 + 0/32.

(3-24)

Для

карбюраторных

двигателей

при a >- 1 приращение

количе­

ства молей

,

ДМ =

Н/4 + 0/32 — \1тт.

(3-25)

9*

259

Н е п о л н о е

с г о р а н и е

ж и д к о г о

т о п л и в а .

Двига­

тели с искровым зажиганием (карбюраторные

и с вспрыском

легкого

топлива) при максимальной

нагрузке работают обычно

при а <; 1,

т. е. с недостатком воздуха.

Хотя

при этом имеет место

неполнота

сгорания и эффективный коэффициент полезного действия

получается

несколько ниже, чем при а >

1, но максимальная мощность двигате­

ля

достигается при работе с коэффициентом

избытка

воздуха а —

=

0,84-0,9.

При проведении теплового расчета с достаточной точностью прини­

мают, что водород,

более

активно

реагирующий с кислородом, пол­

ностью сгорает в

Н 2 0 , а

углерод

вследствие

недостатка

кислорода

печивается сгорание водорода

полностью в Н 2 0 , а углерода — лишь

в СО, называют критическим

а к р . При дальнейшем уменьшении а

Весь этот кислород расходуется для сгорания С кг углерода

в С0 2 ,

СО, и Н кг водорода в Н 2 0 . Обозначим фС о

долю

углерода,

сгорев­

шего в СО; тогда доля углерода, сгоревшего в С0 2 ,

равна

(1 — Фсо)-

Баланс кислорода, участвующего в реакции,

0,21 aL0

+ 0/32 = (1 — срс о ) С/12 +

? с о С / 2 4 + Н/4.

Имея

в виду,

что С/12 +

Н/4-—0/32 = 0,21 L0 , после

преобра­

зований

получаем

Ф с о С =

24-0,21 L 0 (1 -

a).

Ф с о

С =

5,04

(1 — а) L 0 .

(3-26)

Тогда количество

углерода,

сгоревшего в С0 2 ,

составит

(1

-

Ф

с о

)

С =

С - 5 , 0 4 ( 1 - а )

L 0 .

(3-27)

При

а =

а к р

весь

углерод

сгорает только

в СО; срс о обращается

в единицу,

а (3-26)

принимает вид

С = 5,04 (1 - « к р ) L0 .

Отсюда

а к

р =

1 _ С/(5,04 L0).

(3-28)

Для

нефтяных

жидких

топлив

значение а к р

= 0,65-f-0,67.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания на 1 кг

жидкого

топлива

при

изменении

коэффициента

избытка

воздуха

а = а кр~^"1

(кмоль/кг):

Мсо

=

Фсо С

/ !

2 =

° - 4 2

О - ° 0 Lo'-

Л*со,

=

(1 -

Фсо) С

П

2

= С / 1 2 - 0 , 4 2

(1 -

а) L0 ;

( 3 2 g )

М н ,о = Н/2;

AfN , = 0,79 *L 0 .

М = Мсо + Мсо

+ МИг0 + M N , ,

(3-30)

или после подстановки

указанных

в

(3-29)

значений

отдельных

компонентов

М = С/12 + Н/2 +

0,79 а L 0 .

(3-31)

При анализе суммы

(Мсо,+Мсо)

видно,

что как

при полном,

Приращение

количества молей ДМ = М—М0

при сгорании в ус­

ловиях, когда

ак р <; а <^ 1,

ДМ =

С/12 + Н/2 + 0,79

a.L0 — (aL0+

l/mT ) =

С/12 ~j-Н/2 —0,21

a L 0 — l / m T .

(3-32)

Выражение (3-9)

можно представить

в виде

AM = H/4 + 0/32 + 0,21 (1 — a) L 0 — l/mT .

(3-33)

моль

С0 2 .

К о л и ч е с т в о п р о д у к т о в с г о р а н и я г а з о в о г о

т о п л и в а .

Количество отдельных компонентов продуктов полного

сгорания газового

топлива (моль/моль или м3 /м3 ):

Мсо2 = СО + СН4

+ у СпНт

+ С0 2 ;

Мп2о

= Н 2 + 2СН4

+ £ (т/2)

С„Н т ;

Мо2 =0,21 ( a - 1 ) L0 ;

МЯг

= 0,79 aL0 +

N 2 ,

J

здесь

СН4 , 2 С„Н т , С0 2 , СО, Н 2

и N 2 — объемные доли соответствую­

щих

газов,

входящих в топливо.

тов в (3-22):

М = СО -Ь ЗСН4 +

2 (п + т/2) СЛ Н,„ + С 0 2

+ Н 2 +

+ N 2 + a L 0 - 0 , 2 1 L 0 .

Используя

значение Ь0

из (3-12) и

объемный

состав

газового

топлива из (3-8), после соответствующих преобразований

получаем

М = aL0 +

1 - [(СО +

Н2 )/2 -

S (m/4 -

1) СЛ Н,„].

(3-35)

Изменение

количества

молей или объема при сгорании

газового

топлива получаем,

подставляя

значение М из (3-35) и М0

из (3-20):

Д М = - [ ( С О +

Н2 )/2 — £ (m4 — 1) С д Н т ] .

(3-36)

Отношение

количества

продуктов сгорания к

количеству горю­

чей

смеси

до

сгорания

называется

химическим

коэффициентом

молекулярного изменения [л0. Очевидно,

1*о = м !

м о =

(М0

+

АМ)!М0

= 1 + АМ/М0.

(3-37)

Тогда для дизелей

К, =

1 +

AM/(aL0 );

(3-38)

для

карбюраторных

двигателей

Ив =

1 +

AM/(aL0 +

l/mr );

(3-39)

для

газовых

двигателей

1*0 = 1 + AMI (aL0

+ 1).

(3-40)