4. Свежий заряд и продукты сгорания.
4.1. Как определяется число кмолей свежего заряда для двигателей с количественным и качественным регулированием нагрузки?
В начале каждого нового цикла в двигатель поступает свежий заряд, который представляет собой либо воздух (дизель), либо его смесь с топливом (бензин). Перед началом сгорания количество свежего заряда М1 в кмолях на 1 кг топлива: в бензиновых двигателях М1=L+1/T=LO+T, а в дизелях M1=L=LO, где L – число кмолей кислорода, коэффициентом избытка воздуха , стехиометрическое количество воздуха в кмолях воздуха на 1 кг топлива LO, T – молярная масса топлива.
4.2. Как определить теоретический состав и количество продуктов сгорания при избытке воздуха?
При сгорании топлива в воздухе при > теоретически имеет место полное сгорание (CxHy+(x+y/4)O2=xCO2+y/2H2O). Продукты сгорания помимо СО2 и Н2О содержат N2 и избыточный О2: MN2+MO2=0,79LO+0,21(-1)LO=LO-0,21LO. Количество кмолей продуктов сгорания с учетом MCO2=gC/12, MH2O=gH/2: M2=MN2+MO2+MCO2+MH2O=LO-0,21LO+gC/12+gH/2. С учетом, что через элементарный состав топлива LO=(gC/12+gH/4-gOT/32)/0,21: M2=LO+gH/4+gOT/32. Количество кмолей продуктов сгорания при =1: (М2)=1=LO+gH/4+gOT/32. Следовательно, M2=(М2)=1+(-1)LO.
4.3. Что называется химическим коэффициентом молекулярного изменения? Покажите на графике зависимость μ0 от .
Объемы исходных компонентов и продуктов сгорания могут отличаться из-за разницы числа кмолей свежего заряда М1 и продуктов сгорания М2. Изменение числа кмолей при сгорании M=М2-М1, оно характеризуется также химическим коэффициентом молекулярного изменения 0=M2/M1=1+M/M1. Для дизеля 0=1+(gH/4+gOT/32)/LO. Для карбюраторного двигателя с учетом того, что для >1 M2=LO+gH/4+gOT/32: 0=1+(gH/4+gOT/32-1/T)/(LO+1/T), а для <1 M2=gC/12+gH/2+0,79LO (т.к. MCO+MCO2=gC/12; MH2+MH2O=gH/2): 0=1+(gC/12+gH/2-0,21LO-1/T)/(LO+1/T). Заменяя LO по уравнению LO=(gC/12+gH/4-gOT/32)/0,21: 0=1+(0,21(1-)LO+gH/4+gOT/32-1/T)/(LO+1/T).
4.4. Дайте определение теплоты сгорания топлива и горючей смеси. Почему теплота сгорания горючей смеси для различных топлив отличается меньше, чем теплота сгорания топлива?
Теплотой сгорания называют тепловой эффект реакций, идущих с образованием СО2 и Н2О. Т.к. вода в продуктах может находиться в парообразном и жидком состоянии, то вводят соответственно низшую Нu и высшую Hb теплоту сгорания, разность между которыми равна скрытой теплоте парообразования воды: Hu=Hb-2,512MH2O. В ДВС продукты сгорания не охлаждаются до температуры, при которой происходит конденсация водяного пара, поэтому в расчетах принимают Нu. Количество теплоты Нсм, выделяющееся при сгорании 1 кмоль ТВС, равно: при 1 Нсм=Hu/M1, а при <1 Нсм=(Hu-Hu)/M1, где Hu=114(1-)LO – химическая неполнота сгорания бензина, МДж/кг. Теплота сгорания горючей смеси для различных топлив отличается меньше, чем теплота сгорания топлива потому, что в соответствующих топливах содержится кислородосодержащие соединения, в результате чего теплота сгорания топлива оказывается меньше, но при этом количество стехиометрической смеси тоже оказывается меньше, в результате чего теплота сгорания смеси различается меньше.