22 Выведите аналитическое выражение для определения теоретически необходимого количества воздуха для сгорания 1 кг топлива.

Составим пропорцию для определения количества кмолей воздуха (L_o), необходимого для полного сжигания 1 кг топлива:

в 1 кмоле воздуха - 0,21 кмоля О₂;

в L_o кмоле воздуха - K’ кмоля О₂.

Отсюда получаем L_o (в кмоль воздуха на 1 кг топлива):

, (2)

Учитывая, что для воздуха: 1 кмоль  28,95 кг, можно вычислить и массу воздуха, необходимую для обеспечения полного сгорания 1 кг топлива ( ):

=28,95L_o, кг воздуха/кг топлива.

Для среднего содержания элементов топлива (У=0,87 кг, В=0,126 кг и К=0,004 кг) находим:

В пересчете на нормальные условия (760 мм рт.ст. и 0С) такое количество занимает объем:

, м³ воздуха/кг топлива.

23. Что из себя представляют высшая и низшая теплота сгорания топлива?

Теплота сгорания-это количества выделившегося теплоты при полном сгорании 1кг топлива.

Различают высшую и низшею теплоту сгорания.Под высшей теплотой сгорания понимают то количество которое выделяется при полном сгорании в-ва, включая теплоту кондесации водяных паров при охлождении продуктов сгорания.

Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты , которое выделяется при полном сгорании , без учета теплоты кондесации водяного пара.

Qв >Qн

24 Теплота сгорания топлива и смеси

В момент воспламенения в цилиндре находится не чистое топливо, а смесь, состоящая из топлива, воздуха и остаточных газов. В этой связи наряду с удельной теплотой сгорания топлива часто используется понятие удельная теплота сгорания свежей смеси (таблица 1):

Таблица 1 Теплота сгорания топливно-воздушной смеси

Топливо	Низшая теплота сгорания топлива Qн, МДж/кг	Теоретически необходимое количество воздуха, Lo22,4, м3	Qсм, МДж/м3
			при =1	при 1
Дизельное	42,5	11,1	3,83	2,55 (=1,5)
Бензин	44	11,5	3,83	3,48 (=1,1)
Этиловый спирт (этанол)	27,2	7,0	3,89	3,59 (=1,1)

Из приведенных данных следует, что топливо, обладающее меньшей теплотой сгорания, может иметь большую теплоту сгорания смеси, а с увеличением  - коэффициента избытка воздуха Q_см снижается.

25 Чем объяснить, что при сгорании топлива число молей газа возрастает?

В действительных условиях полного сгорания не удается достичь из-за грубого распыла топлива, плохого его перемешивания с воздухом и др. В результате при подаче только теоретически необходимого количества воздуха топливо полностью не сгорает (в выхлопных газах обнаруживаются окись углерода и кислорода, а двигатель дымит). В этих условиях для обеспечения полного сгорания топлива приходится увеличивать количество подаваемого воздуха.

Степень превышения количества подаваемого воздуха над количеством теоретически необходимого оценивает коэффициент избытка воздуха - : =L_ф/L_o= (3)

где L_ф( ) - действительно поданное количество воздуха в кмолях (кг);

L_о( ) - теоретически необходимое количество воздуха в кмолях (кг).

В двигателях с искровым воспламенением  не превышает 1,15 (0,85…1,10), причем максимальная мощность достигается при =0,85…0,9, а максимальная экономичность – при =1,0…1,10. Если =1, то состав называют стехиометрическим.

В автотракторных дизелях =1,3…1,65. В двигателях с наддувом рост температуры, обусловленный увеличением количества введенного в двигатель тепла, частично компенсируется путем внутреннего охлаждения за счет увеличения коэффициента избытка воздуха . Для дизелей с трубонаддувом =1,8…2,0.

Из-за указанных различий в  одинаковые мощности карбюраторного и дизельного двигателей достигаются при большем рабочем объеме последнего. Из-за этого максимальный крутящий момент дизеля получается больше, чем у карбюраторного двигателя (с вытекающими отсюда положительными последствиями для динамики автомобиля) и отрицательными последствиями (большими габаритами и массой).

Значение =1,5 означает, что из поданного кислорода только 2/3 используется для сгорания, а 1/3 выбрасывается обратно в атмосферу.

В этой связи можно сказать, что в выхлопных газах будет содержаться и неиспользованный воздух, т.е. выхлопные газы представляют смесь – «чистых» продуктов сгорания и «чистого» воздуха.

Коэффициент молярного изменения. Согласно вышеизложенному, при сгорании происходит возрастание количества кмолей газов на величину:

где - на столько возрастает число кмолей газа при полном сгорании В кг водорода;

- столько молей свободного кислорода выделяется при сгорании из самого топлива.

Таким образом, если для сгорания 1 кг топлива расходуется М_о=L_o кмолей воздуха, то после сгорания образуется М_г=L_o+M кмолей газа.