3.3.2. Двигуни з іскровим запалюванням, що працюють на газовому паливі

Хімічні реакції згоряння. Рівняння реакції згоряння кожного з ком­понентів газового палива C_nН_mО_r можна дістати, виходячи з таких міркувань.

У молекулу вуглецю входить один атом С. Для згоряння одного кіломолю С потрібний, як бачимо з рівняння (3.5), один киломоль 0₂. Внаслідок утворюється один кіломоль С0₂. Тому для згоряння п кілограмів вуглецю, який входить до рівняння C_nН_mО_r, потрібно п кіломолів 0₂, у результаті утворюється п кіломолів С0₂.

У молекулу водню входять два атоми H. Тому Н_т атомів водню, які входять в рівняння C_nН_mО_r, складають т/2 кіломолів водню.

Із рівняння (3.9) визначаємо, що для згоряння одного кіломолю Я₂ потрібно Уг кмолю 0₂, внаслідок чого утворюється один кіломоль Н₂0. Тоді для згоряння т/2 кіломолів водню потрібно т/4 кіломолів 0₂, і утво­рюється т/2 кіломолів Н₂0.

Із урахуванням кисню 0₂, що міститься в даному газі, реакція зго­ряння компонентів газового палива виразиться рівнянням:

Кількість повітря, теоретично необхідного для повного згоряння 1 кіломоля газового палива обчислюється (у кіломолях) з рівняння (3.30) і дорівнює, кмоль

пов /кмоль пал.

Коефіцієнт надлишку повітря

де V_пов - дійсна кількість повітря, що надійшла у двигун, м³/год;

V_г - витрата газу, м³/год; L^г_о - теоретично необхідна кількість повітря для повного згоряння 1 м³ газу, м³/м³.

Кількість свіжого заряду (у кіломолях, віднесених до кіломоля

газового палива). Горюча суміш складається з 1 кіломоля газу і аіL^г_о кіломолів повітря:

Кількість свіжого заряду для зріджених газових палив (у

кіломолях, віднесених до кіломоля газового палива)

Зріджене нафтове газове паливо є сумішшю пропану С₃H₈ і бутану С₄Н₁₀ з незначними домішками інших газів, в основному етану С₂H₆. То­му можна вважати, що у свіжому заряді, коли ДВЗ працює на зрід­женому газовому паливі, містяться С₃H₈, С₄H₁₀, С₂H₆ і повітря. Приблиз­ний елементарний склад зрідження газових палив марки ПБА і ПА дано в табл. 3.5.

Таблиця 3.5

Елементарний склад паливних газів

Кількість свіжого заряду для зріджених газів виражають рівнянням:

Середня молярна теплоємність горючої суміші нафтового га­зу з повітрям (у кДж/(кмоль-К))

Формули для розрахунку середніх молярних теплоємкостей газів-компонентів, що входять до рівняння (3.35), наведено в табл. 3.4 і 3.6.

Таблиця 3.6

Залежності молярних теплоємкостей газів від температури

Кількість свіжого заряду з природного газу і повітря (у кіло-молях, віднесених до кіломоля газового палива)

До складу природного газу входять, в основному, метан СH₄, є у ньому домішки негорючих газів N₂ і С0₂. Елементарний склад дано в табл. 3.5.

Кількість свіжого заряду з природного газу і повітря виражають рів­нянням:

Середня молярна теплоємкість горючої суміші природного газу з повітрям (кДж/(кмоль·К))

Формули для розрахунку середніх молярних теплоємкостей газів-компонентів, що входять до рівняння (3.37), подано в табл. 3.4 і 3.6.

Склад і кількість продуктів згоряння газового палива. У продук­тах повного згоряння газового палива містяться диоксид вуглецю С0₂, водяна пара H₂0, кисень O₂і азот N2.

Із рівняння згоряння (3.30) дістаємо (у кіломолях, віднесених до кі­ломоля газового палива):

Кількість кисню O₂ й азоту N2, що надійшли з повітрям, обчислюємо за формулами:

де М^׳_N2 - кількість N₂, яке міститься в газовому паливі.

Загальна кількість продуктів згоряння газового палива (у кіломолях, віднесених до кіломолів газового палива)

Хімічний і дійсний коефіцієнта молекулярної зміни, обчислю­ються за формулами (3.26) і (3.29).