Термохимические характеристики топлива

Горение - это химический процесс окисления горючих элементов топлива сопровождающиеся с выделением теплоты. Окислителем является кислород воздуха.

В КС дизеля возникновение горения происходит за счет самовоспламенения топлива, которому способствует высокая температура и давление сжатого воздуха.

Температурой самовоспламенения- Т_св. называется температура при которой возникает вспышка и устойчивое горение в течение не менее 5с после вспышки.

Воспламеняемость топлива оценивается цетановым числом -ЦЧ.

Цетановое число топлива Ц Ч - численно равно процентному содержанию легковоспламеняющегося цетана (С₁₆ Н₃₄ с ЦЧ=100) в смеси с трудновоспламеняющегося альфаметилнафталина (С₁₁Н₁₀ с ЦЧ=0) имеющей те же свойства самовоспламенения, что и данное топливо.

Элементарный состав топлива – представляет собой процентное содержание по массе отдельных элементов состава топлива.

Теплота, выделяющаяся при полном сгорании 1 кг топлива, служит его энергетическим показателем. Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива.

Высшая теплота сгорания Q_В - характеризует полное количество тепла выделившегося при экзотермической реакции сгорания массовой или объёмной единицы топлива. Водород, содержащийся в составе топлива, в процессе горения вступает в эндотермическую реакцию с кислородом воздуха, образуя водяные пары. Данная реакция протекает с поглощением части выделившейся полного количества тепла.

В ДВС отработавшие газы выбрасываются наружу при температуре значительно превышающей температуру конденсации водяного пара. Поэтому поглощенная часть полного количества тепла, для образования водяных паров, уносится с отработавшими газами и не учитывается в расчетах.

При проведении практических расчетов рабочего процесса используется низшая теплота сгорания топлива.

Низшая теплота сгорания Q_Н - характеризует количество тепла выделившееся при сгорании топлива за вычетом теплоты уносимых водяными парами в составе отработавших газов.

Если известен элементарный состав, то для приближенного определения низшей теплоты сгорания топлива можно воспользоваться формулой Д.И.Менделеева.

Q_Н = 33900·С + 103000·Н - 10900·О кДж/кг

Расчет параметров конца процесса сгорания

Расчет параметров процесса сгорания сводится к решению уравнения, из которого определяется температура газа Т_Z в конце видимого сгорания. При расчетах рабочего процесса обычно задаются степенью повышения давления -_Z. Располагая значениями Т_Z и _Z можно найти степень предварительного расширения и величину максимального давления сгорания цикла являющегося основным параметром дизелей при расчете их на прочность.

Температура конца процесса сгорания (тz)

Температура конца процесса сгорания (Т_Z) определяется из уравнения первого начала термодинамики: Q =∆U+ L = (U₂ – U₁) + L_1-2

Т.к. воспламенение и активное горение топливовоздушной смеси в основном протекает на участке (с-z) индикаторной диаграммы то уравнение первого начала термодинамики для данного участка примет вид

Q_C-Z=(U_Z – U_C) + L_CZ КДж

где: U_z; U_c – изменение внутренней энергии рабочего тела на участке

(с-z) диаграммы (кДж);

L_cz – внешняя работа на участке (с-z)диаграммы , кДж.

Решение этого уравнения ведется из условия сгорания 1 кг топлива.

Тогда количество выделившегося тепла на участке (с-z) – Q_C-Z равна

Q_{С -Z}= H_u

где:  - коэффициент эффективного (активного) тепловыделения (задано);

Н_u – низшая теплота сгорания 1 кг топлива (задано), кДж/кг.

Преобразовав уравнение первого начала термодинамики, получим

уравнение сгорания для дизелей:

где:  - коэффициент остаточных газов ( по заданию);

_Z - степень повышения давления.

При расчетах следует исходить из значений _Z =1,351,55.

Т_С; ; С_VZ; С_РZ– вычисляются ранее.

После подстановки численных значений в уравнение последнее приходит к виду:

А·T_Z ² + B· T_Z – C = 0

откуда T_Z = .

Максимальное давление сгорания Р_z определяется из соотношения

Р_Z = _Z Р_С

где: _Z - степень повышения давления ; Р_С – давление сжатия (вычислено ранее)

Ориентировочные значения Р_Z для номинальной мощности дизелей составляют:

Тип дизеля	РZ	TZ
	МПа	К
Малооборотные	6 9	17002200
Среднеоборотные	813	18002700
Высокооборотные	1014	19002800

степень предварительного расширения

 =

по опытным данным степень предварительного расширения изменяется в пределах от  = 1,21,4

объём цилиндра в точке z диаграммы

Литература:

1. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания А.Э. Симсон и др., М., Транспорт, 1987

2. Локомотивные энергетические установки. А.И. Володин, В.З. Зюбанов. Под редакцией А.И. Володина. Москва, Желдориздат.2002 г.718с.

3. Володин А.И. Тепловозные ДВС. М., Транспорт – 1978 г.

4. Орлин А.С., Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания, Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М., Машиностроение – 1980 г.

Контрольные вопросы:

1. Как осуществляется процесс смесеобразования в дизельных и бензиновых двигателях.

2. Перечислите основные факторы определяющие качество смесеобразования в дизельных и бензиновых двигателях.

3. Что характеризует тонкость распыливания топлива.

4.Что такое горение.

5. Какие основные термодинамические параметры характеризуют такт сжатия.

6.Дайте определение и приведите формулу степени предварительного расширения.