Файл: Термодинамические основы теории тепловых машин учеб. пособие.pdf

— для дизельного топлива

U— 0,495 кмоляікг топл., /0= 14,45 кгікг топл.;

— для бензина

L0 — 0,512 кмоляікг топл.,

10= 1 4 ,8 кг/кг топл.

В реальных процессах сгорания действительное количество воз­ духа 2-д может быть больше или* меньше теоретически необходи­ мого.

Для характеристики состава горючей смеси вводится понятие о коэффициенте избытка воздуха, который представляет собой от­ ношение действительного количества воздуха, участвующего в сго­ рании, к теоретически необходимому

В зависимости от количества воздуха, участвующего в процессе сгорания, оно может быть полным и неполным. При а > 1, чему со­ ответствует избыток воздуха или теоретически необходимое его ко­ личество, сгорание будет полным. Если а < 1, то действительное количество воздуха меньше теоретически необходимого и сгорание будет неполным. Для полного сгорания реакции сгорания записы­ ваются в форме уравнений (34).

Неполное сгорание

При недостатке воздуха ( а < 1) в продуктах сгорания присут­ ствуют продукты неполного окисления горючих элементов.

При рассмотрении реакций неполного сгорания предполагает­ ся, что водород является более активным элементом и сгорает пол­ ностью, а недостаток кислорода сказывается на сгорании углерода. Продуктом неполного сгорания углерода является окись углеро­ да СО.

Таким образом, при неполном сгорании рассматривается сле­ дующая условная схема реакции:

— часть углерода xg~ сгорает в СО, а остальная часть (1—x ) g с окисляется полностью в СО2;

—водород сгорает полностью;

—свободный кислород в продуктах сгорания отсутствует.

В соответствии с этим при неполном сгорании рассматриваются три реакции: ранее рассмотренные реакции (34) полного окисления

31

Так как в СО сгорает x g Q кг С, а в С 02— (1—x )g c кг С, то в

расчете на 1 кг топлива при неполном сгорании получим следующие уравнения:

Определим долю углерода х, сгорающего в СО, если известны состав топлива и коэффициент избытка воздуха.

Полное количество киломолей кислорода, участвующего при не­ полном сгорании, как следует из уравнений (37), равно

С другой стороны, это количество кислорода может быть опрв' делено по уравнению

где 0,21 а£0 — число киломолей кислорода, подведенного с воз­ духом;

32

Откуда доля углерода, сгорающего в СО,

Рассмотрение неполного сгорания по принятой схеме ограничи­ вается значением х = 1, при котором количество кислорода доста­ точно только для сгорания углерода в окись углерода.

Коэффициент избытка воздуха при этом имеет критическое зна­ чение акр.

Из уравнения (40) при х = 1 получим

Для углеводородных топлив, применяемых в тепловых двига­ телях,

* „ р = 0.6 0,7.

При а < а,ф принятая схема неполного сгорания теряет смысл

и необходимы дополнительные условия.

Однако практически сгорание топлив в тепловых Двигателях и различных теплотехнических устройствах происходит обычно при а > а , для которых введенные допущения могут быть приняты.

Состав продуктов сгорания

П о л н о е с г о р а н и е

При полном сгорании (а 5* 1) в продуктах сгорания содержится С 02, Н20, избыточный кислород 0 2 и атмосферный азот N2.

Число киломолей С 02 и Н20 в продуктах сгорания одного кило­ грамма топлива определяется по уравнениям (34'):

Л4оа= Од — О0-~ 0,21aZ.0 — 0,2! /-о —0,21 (а — 1)Д,.

Число киломолей азота ѵИм, в продуктах сгорания равно его количеству в подведенном воздухе, так как азот принимается инертным газом, не участвующим в сгорании,

Л4ка = 0,79 а/,и.

Таким образом, общее число киломолей продуктов сгорания равно

(мольными) или массовыми долями.

При объемном задании состава продуктов сгорания доли соот­ ветствующих компонентов определяются по уравнениям:

ö CM = S G j = ö c o 2 4 - G h ,o “ ! ~ G o 2 - ] - O n ,

Так как на 1 кг топлива расходуется а/0 кг воздуха, то

Осы~ 1 + ^По­

следовательно, массовые доли компонентов можно определять по уравнениям вида:

Для проверки правильности определения состава продуктов сго­ рания используются уравнения:

Sr, = 1 и Е& = 1,

24

Н е п о л н о е с г о р а н и е

При неполном сгорании ( а < 1) в составе продуктов сгорания имеются С 02, СО, Н20 и N3. Количества киломолей С 02, СО и Н20 в продуктах сгорания 1 кг топлива определяются из уравнений (67).

Принимая во внимание уравнения (40), получим:

fits, = 0,79xLu.

Общее число киломолей продуктов сгорания:

Ч * = Мсо, н- /Исо -і- Л1Ні0 -!- M Kl = — - - ; + 0,79al0. (46)

Для задания состава продуктов сгорания в объемных или мас­ совых долях используются уравнения, аналогичные уравнениям (43)

и (44).

Из уравнений (45) можно установить, что с уменьшением а в продуктах сгорания увеличивается содержание СО и уменьшается