2. Расчет элементарного состава топлива, теплоты сгорания топлива и топливовоздушной смеси, количества воздуха, необходимого для сгорания
Тепловая энергия, преобразуемая в двигателях внутреннего сгорания в механическую работу, получается за счет реакции сгорания топлива:
СnHmOr + (n+m/4 –r/2)O2 = nCO2 + m/2H2O +Q
Реакция окисления углеводородов, в общем случае, сводится к процессам:
С+О2 =СО2 +Q1 и 2Н2 +О2 = 2Н2О + Q2 ,
причем Q2>Q1, соответственно 121 и 34,2 МДж/кг.
Теплота сгорания углеводородов определяется соотношением H/C в топливе и его полнотой сгорания.
Молекулярная масса вещества слагается из масс атомов, составляющих молекулу: μ = ∑μi ,
μi = N∙ Ari , где N – число атомов в молекуле.
Атомные массы основных компонентов топлива:
вещество |
Ar, а.е.м. |
С |
12 |
Н |
1 |
О |
16 |
S |
32 |
N |
14 |
В тепловых расчетах используются массовые доли элементов топлива, приходящиеся на 1 кг. Для жидких топлив С + Н + О = 1, gi = μi/ μт .
Молекулярная масса и состав некоторых углеводородов Таблица 2
Формула |
Молекулярная масса топлива μт, кг/кмоль |
Массовая доля вещества в 1кг топлива |
||
С |
Н |
ОT |
||
С5Н12 |
72 |
0.833 |
0.166 |
|
С6Н14 |
86 |
0.837 |
0.163 |
|
С7Н16 |
100 |
0.840 |
0.160 |
|
С8Н18 |
114 |
0.842 |
0.158 |
|
С2Н5ОН |
46 |
0.522 |
0.130 |
0.348 |
СН3ОН |
32 |
0.375 |
0.125 |
0.500 |
С6Н6 |
78 |
0.923 |
0.077 |
|
Бензин |
110-120 |
0.855 |
0.145 |
|
Диз.топливо |
180-200 |
0.860 |
0.130 |
0.010 |
2.1 Определение теоретически необходимого количества воздуха для сгорания топлива
Для полного сгорания 1кг топлива нужно следующее количество кислорода:
=
,
кг,
где От – массовая доля кислорода, входящего в состав топлива.
Учитывая, что кислорода в воздухе по массе содержится 23%, получим теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива (стехиометрический коэффициент):
l0 =
кг.
Количество действительно потребляемого двигателем воздуха может быть и больше и меньше теоретически необходимого. Отношение действительного количества воздуха, поступившего в цилиндр двигателя, к теоретически необходимому для сгорания всего находящегося в цилиндре топлива, называется коэффициентом избытка воздуха α:
α = Gвд/ Gвт = Gвд/ (Gт∙ l0).
В бензиновых двигателях с принудительным воспламенением смеси достаточно устойчивое протекание рабочего процесса достигается при α=0.6-1.3, причем максимальная мощность обеспечивается при α=0.85-0.90, максимальная экономичность при α=1,05-1,10. При α<1 происходит неполное сгорание топлива, в отработавших газах появляются продукты неполного окисления углеводородов – СО, СхНy, ухудшаются экономические и экологические характеристики двигателя. В дизелях α меняется в широких пределах: от 1.25-1.4 до 2.5.