Файл: Термодинамические основы теории тепловых машин учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 125
Скачиваний: 0
Таким образом, для полного сгорания 1 кг дизельного топлива необходимо 0,495 кмоля или 14,4 кг воздуха.
Пример 2. Определить состав продуктов сгорания в киломолях и килограммах для топлива, имеющего состав: £ с=0,87, g.H==0,126'
и g'Q =0,004 и сгорающего при коэффициенте избытка |
воздуха, |
|||||||
а = 1,6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. 1. Состав продуктов сгорания в киломолях: |
|
|||||||
|
М со = |
СГ |
А 07 |
|
|
|
|
|
|
— |
—----= 0,0725 кмоль/кг топл.; |
|
|||||
|
|
12 |
12 |
|
|
|
|
|
|
Мих |
ьн, |
0,126 = 0,063 |
нмоль, кг топл.; |
|
|||
|
|
СГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
/VfN, = |
0,79:z70 = 0,79-1,6-0,495 = |
р,627 нмоль/кг топл.: |
|||||
|
уИОа=0,21(а— 1)Z.0 = 0,21 (1,6 —1)-0,495=0,0624нмоль кг топл.. |
|||||||
2. |
Общее количество киломолей смеси |
|
|
|||||
TWj = ЛІСо2-г 7WHso + /Ищ + |
-Mo, =- 0,8249 нмоль/кг |
топл. |
||||||
3. |
Объемный состав продуктов сгорания: |
|
||||||
|
|
|
Мсо, = |
О07Й |
= |
о т |
|
|
|
|
|
Гсо. |
|
0,8249 |
|
|
|
|
|
|
М, |
|
|
|
|
|
|
|
|
Мн.о __ |
0,063 |
= |
0,0764; |
|
|
|
|
|
М2 |
~~ |
0,8249 |
|
|
|
|
|
|
-Wn„ |
_ |
0,627 |
- |
0,76; |
|
|
|
|
м г |
|
0,8249 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Мо2 _ |
0,0624 |
= 0.0756; |
|
||
|
|
|
-и3 |
|
0,8249 |
|
|
|
4. Состав продуктов сгорания в килограммах:
GСо ,= УИсо,/исо2= 0,0725-44 = 3,21 кг/кг топл.;
Gh,o = -Мщо/Ящо = 0,063-18 — 1,335 кг/кгтопл.;
On, = Mn,/?Zn, = 0,627-28 = 17,65 кг/кг топл.; Go, = 7W0,tfz0, = 0,0624-32 — 2,00 кг/кг топл .
5. Общая масса продуктов сгорания
0 2 = Осо, Он,о + Gn, -f Go, = 23,995 кг/кг топл.
Общую массу продуктов сгорания можно также найти из зако на сохранения вещества. Поскольку масса смеси топлива 1 кг и
воздуха а/0 кг до сгорания должна быть равна массе образующих ся продуктов сгорания, то
Go = 1-f- al0— l-Jr txm„03aL9 — l -f-1,6-28,95-0,495 = 23,99 кгIк г топл.
§2. КОЭФФИЦИЕНТ МОЛЕКУЛЯРНОГО ИЗМЕНЕНИЯ
Врезультате химических реакций сгорания происходит распад одних молекул (топлива) и образование новых молекул (продуктов сгорания), т. е. изменяется состав и количество молекул. Поэтому количество молей продуктов сгорания в общем случае не равно ко личеству молей горючей смеси.
При этом в соответствии с законом сохранения массы вещества масса продуктов сгорания остается равной сумме масс воздуха и топлива до сгорания.
Изменение количества киломолей при сгорании сопровождается изменением объема: при увеличении числа киломолей объем про дуктов сгорания увеличивается; при уменьшении — уменьшается.
Относительное изменение объема при сгорании горючей смеси характеризуется химическим коэффициентом молекулярного изме нения [л0, который представляет собой отношение количества кило молей продуктов сгорания М3 к количеству Киломолей смеси до ■сгорания М],
Мг |
(47) |
|
М, |
||
|
Так как изменение количества киломолей при сгорании опреде ляется как разность
Ш — М3- М} , |
(48) |
то
AM
(47')
Мх
Если через тт обозначить относительную молекулярную массу топлива, то количество киломолей горючей смеси на 1 кг топлива выразится величиной
|
= —L |
+a.L0. |
(49) |
|
/ят |
|
|
Подстановка в выражение (48) равенств |
(42) и „(49) дает для |
||
полного сгорания |
|
|
|
AM = — |
-1- |
- 0,21/-,, - |
— . |
12 |
2 |
|
шт |
37
Подставляя величину L0 из уравнения (36), получим
|
J?С, |
_[ |
1I^ |
1 |
1 |
ДМ = |
|
|
О |
|
|
4 |
' |
32 |
|
шт |
|
|
|
(47х), (49) и (50), для определения изменения получим уравнение
_£н. , |
1 |
4 + 32 |
тт |
i Lq-j- |
1 |
/я. |
(50)
(51).
Как видно из уравнения |
(50), п р иа > |
1 изменение числа молей |
||||||
Д М не зависит от состава |
горючей смеси, а определяется содер |
|||||||
жанием в топливе водорода и кислорода |
и в относительно неболь |
|||||||
шой степени зависит |
от относительной молекулярной |
массы |
топ |
|||||
лива. |
|
|
|
|
|
|
(48), |
(47). |
При неполном сгорании (а< 1), используя равенства |
||||||||
( 46) и (49), для определения ЛМ и (х0 |
получим следующие урав |
|||||||
нения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛМ = |
+ |
— |
4- 0,79<xL0 - |
лЦ - — = |
|
|
||
2 |
|
12 |
0 |
4 |
тт |
|
|
|
|
+ |
— |
— 0,21аІ( ----- L |
; |
|
(oO') |
||
|
|
12 |
|
|
т, |
' |
|
|
|
І Д + |
£ с . 4 |
0,79*L, |
|
|
|
||
|
2 |
12 |
|
|
|
|
(ol') |
|
|
|
|
O.Lq-|------ |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 |
mx |
|
|
|
|
Как видно из уравнения (50х), при а < 1 изменение числа молей зависит не только от содержания в топливе водорода и кислорода, но и от содержания углерода, а также от состава смеси.
При сгорании жидких топлив при постоянном давлении обычно происходит увеличение объема, т. е. коэффициент молекулярного изменения больше единицы ( р0>, 1). Последнее является положи тельным фактором, так как при этом увеличивается полезная рабо та в двигателе за счет расширения продуктов сгорания в процессе - химической реакции.
Для газообразных продуктов обычно [х0< К
§3. ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ТОПЛИВА
ИГОРЮЧЕЙ СМЕСИ
Теплотворная способность топлива
Основной энергетической характеристикой топлива является его - теплотворная способность. Она представляет собой химически свя--
38
занную энергию, которая выделяется во время реакции топлива с кислородом.
Наиболее распространенный метод определения теплотворной способности топлива основан на сжигании его в специальном кало риметре. В результате реакции химическая энергия преобразуется в тепловую, которая расходуется на нагревание продуктов сгора ния. По окончании реакции ее продукты охлаждаются до той тем пературы, которую имели исходные вещества до начала реакции, и измеряется количество тепла, отводимое от продуктов реакции.
Количество тепла, отнесенное к единице количества топлива, но сит название теплотворной способности.
В зависимости от того, в каких единицах измеряется количество топлива, различают теплотворную способность 1 кг (кДжікг), 1 лг
(кДж/м3) или 1 кмоля (кДж/кшолъ) топлива.
Если процесс охлаждения газов в калориметре вести так, чтобы пары воды, находящиеся в продуктах сгорания, конденсировались, то вычисленная при этом теплотворная способность называется высшей теплотворной способностью Н (кДжікг). Если при охлажде нии продуктов сгорания не происходит конденсации паров воды, то определяется низшая теплотворная способность Ни (кДжікг).
Связь между высшей |
и низшей теплотворными способностями |
|
определяется уравнением |
|
|
Н — На = ГноО^що > |
(52) |
|
где Гңао — скрытая теплота парообразования воды, |
кДж\кг\ |
|
Gh,o — масса воды, содержащейся в топливе и образующейся |
||
при сгорании |
водорода топлива. |
|
Количество водяного |
пара, образовавшегося при сгорании, |
|
определяется по реакции |
сгорания водорода: |
|
2На + 0 2 = 2НгО;
4 кг На-{-32 кг |
0 2 = |
36 кг Н20; |
|
||
1 кг Н2 8 кг 0 2 = 9 кг Н20 . |
|
||||
Если в 1 кг топлива содержится g H |
кг водорода, |
то |
|||
кг Н2 -f- 8g-Hj кг |
0 2 = |
9^и_кг Н20 . |
|
||
Таким образом, при сгорании |
1 кг |
топлива образуется 9 g Ha кг |
|||
воды. |
|
|
|
в топливе, через |
|
Обозначив количество воды, содержащейся |
|||||
g H0, получим для G ho3 |
выражение |
|
|
|
|
|
°н,о = gHaO + |
9£Ч- |
|
|
|
Подставив последнее равенство в уравнение |
(52), |
получим |
|||
Н - Н „ |
ню (Уg И2 |
§и.о). |
|
(52') |
|
39