36. Химические реакции при сгорании

Как было отмечено выше, нефтяные топлива для поршневых ДВС являются смесью различных углеводородов, элементарный состав которых выражается в единицах массы:

,

где С, Н и O — массовые доли углерода, водорода и кислорода соответственно в 1 кг топлива.

Элементарный состав топлива определяет теоретически необходимое количество воздуха для его полного сгорания:

)

или

),

,

где l₀ — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива;

L₀ — теоретически необходимое количество воздуха (в киломолях) для сгорания 1 кг топлива;

0,23 — массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха;

µ_в = 28,96 — масса одного киломоля воздуха.

Горючая смесь в карбюраторном двигателе состоит из воздуха и паров топлива. Ее количество определяется уравнением

,

где µ₁ — количество горючей смеси, кмоль/кг;

µ_т — молекулярная масса паров топлива, кг/кмоль (для бензинов µ_т110—120 кг/кмоль).

Количество горючей смеси для дизелей рассчитывается поформуле

Количество продуктов сгорания µ₂, выраженное в кмолях, при­ходящееся на 1 кг топлива рассчитывается следующим образом:

при α ≥ 1

при α < 1

Отношение числа молей продуктов сгорания к числу молей свежего заряда называется теоретическим коэффициентом молекулярного изменения:

Отношение суммы числа молей продуктов сгорания и остаточных газов µ₂ к сумме числа молей свежего заряда µ₁ и остаточных газов µ_r называется действительным коэффициентом молекулярного изменения:

Для рабочих режимов µ от 1,02 до 1,14.

Выделяемая в результате сгорания теплота зависит не только от массы (или объема для газа) сгоревшего топлива, но и от его вида. Каждый вид топлива обладает определенной теплотворной способностью или теплотой сгорания. При этом различают высшую Н₀ и низшую Н_u теплотворную способность топлива. Высшей теплотой сгорания называется количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания — это выделяемая топливом теплота при его полном сгорании без учета теплоты конденсации водяного пара.

Для оценки топлива в двигателях внутреннего сгорания используется низшая теплотворная способность топлива. Для ее определения используется формула Менделеева

где W — количество водяных паров в продуктах сгорания по массе или объему.

Для газообразного топлива

где СО, Н₂, СН₄ и т. д. — доли соответствующих компонентов газовой смеси по объему.

При полном сгорании топлива количество невыделенной теплоты при сгорании 1 кг топлива определяется по формуле

Чтобы учесть процент недовыделенной теплоты используют коэффициент полезного тепловыделения ξ, который учитывает не только неполноту сгорания, но и потерю части выделившейся теплоты вследствие теплоотдачи в стенки цилиндра, утечки газа и распада продуктов сгорания.

Для двигателей с принудительным воспламенением значения ξ, от 0,82 до 0,9, для дизелей — от 0,6 до 0,8.

Таким образом, условное количество активной теплоты, выделившейся в процессе сгорания, Н_uа= ξН_u.