3.5. Понятие о детонационном горении

В практике эксплуатации двигателей с искровым воспламенением возможно нарушение нормального сгорания смеси. Скорость распространения пламени может достигнуть 1500-2500 м/с и приобрести взрывной характер. Давление в цилиндре в этом случае повышается почти вдвое, а температура – на 500-1000 градусов. Такое горение называется детонационным.

В результате удара детонационной волны о стенки цилиндра и многократного отражения ее возникает вибрация стенок цилиндра, сопровождающаяся характерными звонкими стуками.

При детонационном горении не успевает полностью сгореть углерод, что снижает мощность двигателя и увеличивает расход топлива; возможен перегрев двигателя и снижение прочности отдельных конструкционных элементов, связанное с точечным разрушением металла. На поршнях, стенках цилиндра появляется множество “лунок”. Детонация сокращает срок службы двигателя, подробнее см. в

Возникновение и протекание детонационного сгорания наиболее полно объясняется перекисной теорией, разработанной А.И. Бахом, Н.Л. Календером, Н.И. Семеновым. По это теории основной причиной возникновения детонации является образование и накопление активных перекисей, представляющих собой первичные продукты окисления углеводородов, а при более высоких температурах свободные радикалы и атомы. Перекиси (формула в общем виде:R-O-O–R) относятся к очень неустойчивым соединениям с большой избыточной энергией, которые дают начало цепным реакциям.

Глава 4 Преобразователи энергии химических топлив

4.1. Виды преобразователей энергии и их характеристики

Во всех сферах жизнедеятельности человека используется колоссальное количество энергии в форме теплоты. В настоящее время распределение тепловой энергии, получаемой из химических топлив, по видам применения в % примерно таково:

– тепловые электростанции, включая теплофикацию ……. …. 35…45;

– промышленность, особенно металлургическая, химическая,

машиностроительная и стройматериалов …………………………………. 30;

– транспорт (автомобильный, железнодорожный, морской),

а также тракторы и другие сельскохо зяйственные машины ………. 15…25;

– бытовые нужды ………………………………………................ 10…15.

Для получения теплоты из химических топлив используются преобразователи энергии, так называемые х и м и ч е с к и е (огневые) т е п л о г е- н е р а т о р ы, к ним относятся:

– топки водонагревательных, паровых или комбинированных котельных установок;

– камеры сгорания поршневых, газотурбинных, ракетных ДВС;

– камеры сгорания воздухоподогревателей;

– бытовые печи и камины.

Горение топлива происходит в топках печей и котлов, в камерах сгорания двигателей и воздухоподогревателей. Работу каждого из этих теплогенераторов принято оценивать следующими характеристиками.

Т е п л о в а я м о щ н о с т ь – теплота, выделяемая в единицу времени (τ – время),

N_τ = Q / τ, кВт .

О б ъ е м н о е т е п л о н а п р я ж е н и е (или удельная мощность) характеризует компактность теплогенератора и представляет собой тепловую мощность, отнесенную к величине объема V_pрабочего пространства топки или камеры:

q_v = N_τ / V_p, кВт/м³.

К о э ф ф и ц и е н т п о л н о т ы т е п л о в ы д е л е н и я, или полноты горения, характеризует полноту сгорания горючего и представляет собой отношение действительно выделившейся теплоты Q_дк теоретически возможнойQ_т:

=Q_д/Q_т.

К о э ф ф и ц и е н т п о л е з н о г о д е й с т в и я т е п л о г е н е р а - т о р а – отношение полезно использованной теплоты к затраченной энергии в форме теплоты:

_тг = Q_пол / Q_затр .

В некоторых случаях это отношение называют КПД б р у т т о.