Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы учебник

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

20.63 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 559 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Т а б л и ц а 1.10. Характеристики жидких моторных топлив

	Средний элементарный состав			Молеку	Теплотвор
Топливо		1 кг топлива,	кг'	лярный	ность QH,
Топливо				вес ц„,	ккал/кг
	с	н	о	кг/кмоль	(кДж/кг)
Автомобильные бен	'0,855	0,145	—	110— 120	10 500
зины					(53 995)
Дизельные топлива	0,870	0,126	0,004	180—200	10 150
					(42 530)
Топливо тихоходных	0,870	0,125	0,005	220— 280	10 000
дизелей					(41 900)

Т а б л и ц а

	Газ	Н2
	Газ	Водород
		Водород

Природный ставрополь ский

Попутные нефтяные:

1.11. Характеристики газообразных моторных

		Состав газов в % по объему
		£	о	£
X	£	£	£	£
и	£	о	о	и
X	О	X	о	as
X	О	та	X	«з .
та	X	X	та
н	та	О	н	1) Ч	О	о
О)	н	о*	>>	1) Ч	О	о	2	о
£		С		С S	о	и	2	о
97,7	0,2	0,3				0,5	1,3
			'					'

топлив

Теплотвор ность Q ккал/кг (кДж/кг)

8 000

(33 520)

бориславский	—	; 92,2	3,9	1,5	0,9	1,3	I—	0,2	—	—	8 100
										—	(33 950)
туймазинский		37,5	20,0	18,5	7,7	4,8	—	0,1	12,2	—	13 060
											(54 720)
Если в формулу (1.103) подставить уравнение,									именуемое рт —
характеристика топлива,											,
ь = 0,7	9	( т + Чг-)= 2.37 ТГ (н +									,
зависящее от элементарного состава топлива,								то уравнение (1.103)

преобразуется и будет иметь следующий вид:

M« = o iir 4	i ) k <0'79 + ^	<u04>
или
М0 = 6,028 (0,79 +	рт) = 0,504С (0,79 +	рт);

значения (5Т для топлив нефтяного происхождения лежат в пре делах 0,33—0,42. . v

Для газообразных топлив теоретически необходимое количество воздуха, исходя из реакций сгорания отдельных химических со единений типа С„, Нт, Ог

1 кмоль C„HmOr - \|				-------кмоль С>2 —
	=	п кмоль С02 + ~		кмоль Н20,
определяется	по	уравнению
М° —	^	(« + - j - ----- y )		кмоль/кмоль топлива
		или м3/м3 топлива,
где СпНтОг — объемная доля			содержания		данного	компонента
в газообразном топливе.			количество		воздуха	может быть
Действительно		необходимое

получено для жидкого и газообразного топлива из следующего соотношения:

М = аМ 0.

Количество и состав продуктов полного сгорания М г при а = 1 определяется из стехиометрических соотношений для жидкого топлива в кмоль/кг топлива следующими уравнениями:

	Мсо2=	;
	Мн2о =	4у-;
	Also, =	— ;
A4n2 = 0,79Моа;
М о, -	(а —	1) 0,2 Ш 0;
Мг = ^	+ 4	+ ^ + (а - 0,21) М0. (1.105)

В двигателях с принудительным зажиганием при желании фор сировать работу двигателя для работы на режиме максимальной мощности рабочую смесь обогащают, а поэтому в данном случае

а < 1.

Образуется окись углерода СО, а неполнотой сгорания водо рода в расчетах обычно пренебрегают

Мсо = 0,42 (1 — а) М 0.

6 н . X . Д ьячедкр

В этом случае

Мсо* = -у^- — °,42 (i а)М 0;

MNa = 0,79аМ0.

Общее количество продуктов неполного сгорания получится

М г = ± + ^ + 0,79аМо.

Для газообразного топлива имеем следующие продукты сгора ния: в кмоль/кмоль топлива или м3/м3 топлива:

Мсо2= ^ nC„HmOr; М н,о = £ f - СпНтОг

Mn2= 0,79Мо Т~ T V -Мв = -(oc — 1) Mo;

M r = 2 M ‘ =			Ц ( n + x )	C„HmOr + (a - 0 ,2 1 )M 0.
И з м е н е н и е к о л и ч е с т в а к и л о м о л е й г а з о в
п р и с г о р а н и и			определяется	как разность между	количе
ством	киломолей	продуктов сгорания М г и киломолей			свежего
заряда	М3 — М,	т.	е. действительно поступившего в цилиндр
воздуха или свежей			смеси

ДМ = М г — М,.

Для дизелей (внутреннее смесеобразование) при подстановке в это уравнение вышеприведенных их значений в результате некоторых преобразований получим

ДМ — М г — М3 = , (1.106)

где М 3 = М = аМ0.

В двигателях с внешним смесеобразованием (карбюраторные, впрыск во впускной коллектор), смесь в которых подвергается до воспламенения предварительному сжатию в цилиндре, состоит

из	воздуха	и паров топлива (кмоль/кг топлива)
		M3 = M + - i - = aM 0 + - i - ,
		ГТ	ГТ
где	цт — молекулярный вес (см. табл.		1.10).
	Тогда изменение количества киломолей газов при сгорании
составит
	M	=	+	± - .	(1.107)

В газовых двигателях свежий заряд (горючая смесь До начала

сгорания) состоит из воздуха и газообразного топлива в кмоль/ кмоль топлива или м3/м3 топлива

Мэ = М + 1 = а М0 + 1.

Тогда изменение количества киломолей газов при сгорании составит

AM = 2 ( « + ^ ) C * H mOr+ N2 + (a -fO ,21)M 0-

- (аМ0+ 1) - 2 (" Г + X '~ 1) С"Н- ° -

Так как

S CnHmOr-j- N2 = 1 кмоль или м3, то

n 2 — 1 = — S с„нтог.

В то время как для жидкого топлива при его сгорании всегда имеет место приращение объема (ДМ > 0), для газообразного топлива в зависимости от количества водорода, окиси углерода и различных углеводородов ДМ может быть как отрицательной, так и положительной величиной или может равняться нулю.

Для	природного газа	ДМ >> 0, но величина	приращения
объема	незначительна.	ДМ < 0 .
Для генераторного газа			к о э ф ф и
Т е о р е т и ч е с к и й		( х и м и ч е с к и й )
ц и е н т	м о л е к у л я р н о г о и з м е н е н и я		представляет

собой отношение количества продуктов сгорания к количеству киломолей свежего заряда.

о	М г	М 3 + АМ	, . ДМ
Ро ~		Ж 3	~ 1 + ~7Й7 •
Для дизелей	, _	Мг __
	, _	Мг __	A M	(1.108)
	'° —	аМ 0 ~	+ аМ0 •	(1.108)
	'° —	аМ 0 ~	+ аМ0 •

Для двигателей жидкого топлива с внешним смесеобразованием (карбюраторные и подобные им)

р0 = ----- ^ - — = 1	+	----- А.М — .	(1.109)
аМп		аМ 0 -j- ■
Иг		И"Г
Для газовых двигателей		ДМ
М г		ДМ	(1.110)
= 1	+	-	(1.110)
аМ0-f- 1	*	аМ.q -f-1

Значения |30 в соответствии со знаком ДМ будут $0 0 I.

6 :*

Как видно из изложенного, химический коэффициент моле кулярного изменения ро представляет собой отношение коли чества образовавшихся продуктов сгорания М г к количеству молей свежей смеси М3 и не учитывает наличия остаточных газов в цилиндре М ткак до, так и после сгорания.

В качестве примера на рис. 1.31 представлено изменение коэф фициента Ро в зависимости от коэффициента избытка воздуха а для различных жидких топлив двигателей с принудительным

зажиганием (карбюраторных). Представленные кривые незави симо от топлива показы

вают следующее:

1) наибольшее значение р получает при меньших а,

							О	2	4	В	СС
Рис.		1.31.	Значения		коэффициентов		Рис.	1.32.	Значения
Р0 =		/( а )	для	различных топлив:			коэффициентов			(50 =
1 — этиловый спирт; 2 — бензин; 3 —бен							= / (а)	для	дизельного
				зол				топлива
т. е.	лежит		в	зоне	богатых смесей;
2) при а =			1 намечается излом кривых вследствие прекращения
выделения СО (расчет без учета диссоциации);											неук
3) при увеличении а >						1 коэффициент ро		продолжает
лонно,	но уже значительно медленнее уменьшаться за счет разба
вления рабочей смеси избыточным воздухом.										ро в за
На	рис. 1.32			приводится		характеристика изменения

висимости от а для дизеля. Из рисунка видно, что с увеличением а (обеднение смеси) теоретический коэффициент молекулярного изменения |30 асимптотически приближается к единице.

Для	газообразных топлив с отрицательным значением АМ
(для генераторного и доменного газов) ро будет возрастать.
К о л и ч е с т в о и с о с т а в в ц и л и н д р е в н а
ч а л е	с ж а т и я определяются на основании известных вели

чин коэффициента избытка воздуха а, количества свежего заряда М — М3 и коэффициента остаточных газов уг, значением кото рого задаются.

Смесь газов в начале сжатия состоит из двух компонентов — свежего заряда и остаточных газов в кмоль/кг топлива.

	Д л я д и з е л е й
	Ма =		М3-\- Mr = аМ0-\|- yraM0=			аМ 0 (1 + уД		(1.111)
	Д л я к а р б ю р а т о р н ы х д в и г а т е л е й и д в и
г а т е л е й		с	впрыском топлива во впускную трубу
	ма = мз + мг= (Л4 + - j ^ ) + м г= (а М 0 +							+
	+	Уг ( а М0 +		~ )	= (аМ 0 + -±~) (1 + у,).			(1.112)
	Величиной		— кмоль/кг		топлива можно		пренебречь ввиду
ее	малости	по	Ит		а М 0.
			сравнению с			в	кмоль/кг	топлива
	Д л я г а з о в ы х			д в и г а т е л е й
или м3/м3
	Ма— М3Д- Мг — (М Д- 1) Д- Мг — (а М 0 -Д1)Д -
		+	уДаМ0+ 1 ) = (аМ0Д -1 )(1 + Тг),					(1.113)
где	Мг — количество			киломолей остаточных			газов в	расчете

на 1 кг жидкого топлива, или на 1 кмоль (м3) газообразного

топлива;	уг = Мг/М3— коэффициент остаточных газов.
Остаточные газы в цилиндре имеют тот же состав, что и про
дукты сгорания топлива,			т. е.	М г = Мгсо2 +		Мгнго + Mrso2 +
+ Мгпг +	М гв кмоль/кг		топлива		(кмоль/кмоль топлива или
м3/м3 топлива)
Тогда количество и состав смеси газов в начале сжатия опре
делится из следующих		соотношений:
	М со		iMs° 2 М		Мчп Д^- •
	ivirso2— Mr			mr — mso2 ^		,
	M,n2	0,79Мо		М =	0,79 М0~	;
			Мг		Ро
		(а — 1)				Ро
		М
		Мв= М = аМ 0;
	МТ= М3 — М — М3— аМ0;
	Ма= ^ /1Д- =		Д-- [МСо2ДМн2о Д- М$ог +
	-(-(а — 0,21) /И0] Д- /И3,					(1.114)

где /Ит — количество киломолей, или м3 топлива в свежем заряде. Д е й с т в и т е л ь н ы й к о э ф ф и ц и е н т м о л е к у л я р н о г о и з м е н е н и я $х представляет собой отношение

суммарного количества киломолей остаточных газов и продуктов

сгорания доли топлива, равной *, К суммарному количеству киломолей остаточных газов и свежего заряда к количеству киломолей газов до сгорания

		ш
м с + т х _ (1 + уг)м3 + х т		м3___ _
Мс	(1 -J- уг) М3	1 +
Мс	(1 -J- уг) М3	У г
	1 1+ Уг	(1.115)
	1 1+ Уг
где
■ДМ	дм	мс = ма.
Мз	— 1 +1 М3	мс = ма.

Количество и состав газов в цилиндре в конце полного сгора ния топлива, а также действительный коэффициент молекуляр ного изменения |3 определяются по формуле (1.115) путем подста новки х = 1, т. е.:

		р =		Р о - 1		(1.116)
			1+- 1+ Уг
или
		Мг		МГ+ М Г		(1.117)
				м 3 + м /
		Мс
где	Мс = М3 + Мг — число		молей рабочей смеси в цилиндре
до	сгорания	(точка с); Мг =		М Г +	Мг — число молей	газов
в цилиндре		после сгорания	(точка		z).	(1.117)
на	Деля числитель и знаменатель правой части уравнения
	М3, получим

		Р = т й г -		{1Л18)
Р	Как отмечалось выше,	с увеличением а коэффициенты f50 и
	уменьшаются; для двигателей с принудительным зажиганием
Р	1,08-т-1,1; для дизелей		1,03-=-1,04.	т о п л и в а
	Т е п л о т в о р н о й		с п о с о б н о с т ь ю

называется количество тепла, отдаваемого в калориметр при полном сжигании единицы топлива и при охлаждении продуктов сгорания до начальной температуры (15 или 17° С). Если началь ная температура будет иметь другое значение, то количество

выделенной реакцией теплоты	называется	т е п л о в ы м э ф
ф е к т о м р е а к ц и и .
Однако при определении теплотворности продукты сгорания
охлаждаются до температуры	ниже 100° С,	значит измеренное

калориметром количество выделенной теплоты будет включать также и теплоту парообразования воды, содержащейся в про

дуктах сгорания.	В данном случае получают в ы с ш у ю т е п
л о т в о р н у ю	с п о с о б н о с т ь т о п л и в а QB.

Низшая теплотворная способность топлива QH равна высшей после вычета упомянутой теплоты парообразования воды, обра зующейся в продуктах сгорания за счет окисления водорода топлива, за счет содержания воды в самом топливе и вследствие поступления в цилиндр влажного воздуха.

Следует иметь в виду, что у двигателей внутреннего сгорания конец процесса сгорания всегда получается при температуре выше 100° С (температура выпускных газов Тг ^ 1000 К), а поэ тому исключается возможность использовать теплоту парооб разования воды продуктов сгорания и в расчетах рабочего цикла двигателя необходимо применять не высшую, а низшую тепло творную способность топлива.

Помимо калориметрирования QH может быть приближенно определена аналитическим методом по эмпирической формуле Д. И. Менделеева, но для этого необходимо знать элементарный состав моторного топлива

QH= 8 •100gc + 30 000£н2 - 2600 (gQ2 -	g s) -
— 600 (gw — g H2)>	(1.119)
где gc, gH2, go2, gs, gw— содержание по весу в 1	кг топлива угле

рода, водорода, кислорода, серы и воды (см. табл. 1.10— 1.12).

Х и м и ч е с к а я	н е п о л н о т а с г о р а н и я AQH—
количество теплоты,	которое недовыделяется при сгорании 1 кг

топлива за счет теоретического недостатка воздуха, когда а < 1. Совершенно ясно, что при а >> 1 эта потеря теплоты будет равна нулю, т. е. полностью исключается.

Разность между QHи AQh может быть еще названа а к т и в

н о й т е п л о т в о р н о с т ь ю	1кг топлива, т. е. QT = QH—
— AQH кДж/кг топлива, так как	по существу QT представляет

собой максимальное количество теплоты, которое при заданном значении а фактически может быть выделено при сгорании.

Определение величины потери Д<2Нможет быть осуществлено по количеству получающейся в продуктах сгорания окиси угле рода СО (акр < а < 1) и по ее теплотворности.

Состав смеси, при котором весь углерод сгорает в СО, обо значается акр. Эта обогащенная смесь, когда кислорода не хва

тает на то, чтобы	весь углерод С перевести в СО, называется
к р и т и ч е с к о й .	Значения акр для автомобильных двигате

лей, работающих на бензине с внешним смесеобразованием, близки к 0,67, но столь сильное обогащение практического смысла не имеет

Известно, что 1 моль СО + моля 0 2 = 1 моль С 02 +

+ 68 000 ккал, следовательно, если в продуктах сгорания 1 кг топлива содержится Мс0 молей окиси углерода, то AQH= 68 000 Мсо ккал/кг. С другой стороны, для всех видов топлива (в ккал/кг топлива)

М со = 0,42 (1 — а) М 0,

следовательно,
AQH=	6800-0,42 (1— а) М 0,
или		(1.120)
AQH=	28 560 (1— а) М 0.	(1.120)

Для двигателей предпочтительным оказывается топливо, для сжигания которого требуется меньшее количество воздуха.

Таким образом, практически важной оказывается не только

теплотворность самого топлива,				но и теплотворность 1					кг горю
чей смеси.					д в и г а т е л е й низшая теп
Д ля к а р б ю р а т о р н ы х					д в и г а т е л е й низшая теп
лотворность 1 моля	свежей смеси
_	_ 0 н —_AQh				ккал/моль смеси;				(1.121)
	а^° ^---м—
д л я д и з е л е й
QCM=		~~~ ккал/моль смеси;							(1.122)
д л я г а з о в ы х		д в и г а т е л е й					^Мо	молей	воздуха
д л я г а з о в ы х		д в и г а т е л е й					^Мо	молей топлива
Q	= —		—	ккал/моль			смеси.		(1.123)
		аМ0+ 1
Низшая теплотворность смеси для жидких топлив может
быть подсчитана и	по	формуле (табл. 1.12):
Qcm— - ,			Рн ,		ккал/кг смеси.				(1.124)
		1-р ш0
Т а б л и ц а		1.12.	Теплотворность жидких топлив
			Плотность				Теплотворность ккал
Топливо			Плотность					на 1	кг горючей
Топливо			при 15° С			на 1	кг топлива	на 1	кг горючей
			%			на 1	кг топлива	смеси при а = 1
Автомобильный бензин			0,745				10 300		645
Крекинг бензин			0,745				10 300		645
Лигроин			0,780				10 200		640
Керосин			0,825				10 200		640
Пиробензол			0,880				9 600		640
Этиловый спирт			0,800				6 700		670
Дизельное топливо			0,870				10 000		695

§ 7. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ

Целью термодинамического расчета процесса сгорания яв ляется определение конечных температуры и давления при задан ном количестве подведенной теплоты.

Связь между параметрами газа в цилиндре в начале и конце сгорания может быть установлена с помощью уравнения сос тояния.

Под началом сгорания понимается состояние газа в конце

сжатия, т. е. в точке с диаграммы на рис.					1.33, которое оцени
вается параметрами р,		Vс и Тс и	количест		а)
вом молей газа
	ве = Л43 -j- Мг.
Тогда	уравнение	состояния	в	начале
сгорания	может быть	представлено		равен
ством

pcVc — 848МСГс.

В конце сгорания (точка г) состояние газа оценивается параметрами рг, VZ,TZ, и количеством молей газа в конце сгорания

Мг — МГ+ Мг

и соответственно

pzvz= umzrz.

Разделив		второе	уравнение на первое,
получим
		PzVг _ MZTZ		Рис.	1.33.	К расчету
		PcVc	М ст с	параметров		процесса
					сгорания
Учитывая,		Мг	= р и pjpc	= Я, для двигателей с прину
Учитывая,		что м.	= р и pjpc	= Я, для двигателей с прину
дительным	зажиганием (рис. 1.33,			а), где VJVс = 1 , т.		е. сго
рание при	V = const,		получим
			* =			(1.125)
для дизелей (рис.			1,33, б), где	VJVC— р, т. е.	сгорание при
V = const	и	р = const, имеем
			Яр =			(1.126)
				* С

Как видно из выражения (1.125), для двигателей с принуди тельным зажиганием, в том числе и для карбюраторных, неиз вестны две величины Т2 и Я (т. е. рг), а в уравнении (1.126) для

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 559 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ