Топливо и его химические реакции при сгорании

Содержание

Слайд 2

Наименьшее количество кислорода О0, которое необходимо подвести извне к топливу для

Наименьшее количество кислорода О0, которое необходимо подвести извне к топливу

для полного его окисления, называется теоретически необходимым количеством кислорода. Из уравнений (4.1) и (4.2) следует, что для полного сгорания 1 кг топлива необходимо кислорода
О0 = 8/3С + 8Н – От кг.

В воздухе кислорода содержится 23% по массе, а по объему 21%. Воздуху для окисления топлива необходимо

кг (4.3)

или

кмоль. (4.4)

Кажущаяся молекулярная масса воздуха

, следовательно

кг.

Слайд 3

В ДВС количество действительно потребляемого воздуха может быть меньше, больше или

В ДВС количество действительно потребляемого воздуха может быть меньше, больше

или равно , что оценивается :

При стехиометрической смеси

,

; если

<1, смесь богатая,

>1, смесь бедная. В бензиновых ДВС при полной открытой дроссельной заслонке наибольшая экономичность достигается при

= 1,1-1,3. Максимальная мощность достигается при

= 0,85-0,9.

Слайд 4

Для различных двигателей при номинальной мощности принимают следующие значения :

Для различных двигателей при номинальной мощности принимают следующие значения :

Слайд 5

На рис. 4.1 показана примерная зависимость от нагрузки. Рис. 4.1 1

На рис. 4.1 показана примерная зависимость от нагрузки.

Рис. 4.1
1 –

карбюраторный двигатель, 2 – дизель
В дизелях, в которых применяется качественное регулирование,

от 5 при малых нагрузках до

= 1,4-1,25 при полной нагрузке.

Слайд 6

Горючая смесь и состав продуктов сгорания при >1 (полное сгорание) При

Горючая смесь и состав продуктов сгорания при >1 (полное сгорание)
При полном

сгорании 1 кг топлива в карбюраторном двигателе общее количество горючей смеси, состоящей из паров топлива и воздуха, составляет
кмоль, (4.5)
где - молекулярная масса топлива.
Слайд 7

Таблица 4.1 Элементарный состав и характеристика бензина и дизельного топлива

Таблица 4.1
Элементарный состав и характеристика бензина и дизельного топлива

Слайд 8

В дизеле, так как топливно-воздушная смесь образуется в камере сгорания и

В дизеле, так как топливно-воздушная смесь образуется в камере сгорания

и из за малого объема, занимаемого жидким топливом, молекулярную массу топлива не учитывают. Тогда
кмоль.
Для любого топлива масса смеси
кг.
В случае полного сгорания (>1) продукты сгорания состоят из углекислого газа, водяного пара, избыточного кислорода и азота. Общее количество продуктов сгорания, отнесенное к 1 кг топлива
кмоль. (4.6)
Слайд 9

Количество отдельных составляющих продуктов сгорания определяется по следующим уравнениям: кмоль; (4.7)

Количество отдельных составляющих продуктов сгорания определяется по следующим уравнениям:
кмоль;

(4.7)
кмоль; (4.8)
кмоль. (4.9)
где - масса поступившего кислорода, кмоль;
- масса кислорода, принявшего участие в реакции, кмоль.
Слайд 10

После подстановки в уравнение (4.6) выражений (4.7) – (4.9) находим: .

После подстановки в уравнение (4.6) выражений (4.7) – (4.9) находим:
.

(4.10)
кмоль. (4.11)
Для стехиометрического состава смеси (= 1)
;
кмоль.
Тогда для любого >1
кмоль.
Масса продуктов сгорания при сгорании 1 кг жидкого топлива
кг.
Слайд 11

Масса продуктов сгорания остается равной сумме масс воздуха и топлива до

Масса продуктов сгорания остается равной сумме масс воздуха и топлива

до сгорания, а в общем случае не равно , то есть при одинаковых температуре и давлении объем продуктов сгорания может быть не равным объему горючей смеси до сгорания. Изменение объема смеси при сгорании происходит вследствие изменения числа молекул газообразных продуктов сгорания по сравнению с числом молекул горючей смеси до сгорания, из-за изменения объема при сгорании водорода, а также вследствие перехода кислорода топлива в газообразное состояние.
Слайд 12

Изменение определяется как разность . Для дизелей кмоль. (4.13) Для ДВС с внешним смесеобразованием кмоль. (4.14)

Изменение определяется как разность
.
Для дизелей
кмоль. (4.13)

Для ДВС с внешним смесеобразованием
кмоль. (4.14)
Слайд 13

Относительное изменение объема при сгорании горючей смеси характеризуется коэффициентом молекулярного изменения

Относительное изменение объема при сгорании горючей смеси характеризуется коэффициентом молекулярного

изменения свежей смеси , который представляет собой отношение количества продуктов сгорания к количеству горючей смеси до сгорания, то есть
.
Для дизеля
.
Для карбюраторного двигателя
.
Слайд 14

На рис.4.2 показана зависимость от . Рис. 4.2. Зависимость коэффициента от

На рис.4.2 показана зависимость от .
Рис. 4.2. Зависимость коэффициента от

коэффи-циента :
1 – бензин; 2 – дизельное топливо
Слайд 15

Анализ отработавших газов, когда . Согласно опытам для бензинов, у которых

Анализ отработавших газов, когда <1, показывает, что отношение числа молей

водорода и окиси углерода примерно постоянно для данного топлива и не зависит от . Обозначим это соотношение через
.
Согласно опытам для бензинов, у которых Н/С = 0,17-0,19, отношение , а в случае Н/С = 0,13 .
Продукты сгорания состоят из компонент: СО2, СО, Н2, Н2О, N2. Химическая реакция углерода с кислородом в случае неполного сгорания.
2С + О2 = 2СО;
1 кг /С/ + 4/3 кг /О2/ = 7/3 кг /СО/.
Обозначая через долю углерода /С/ топлива, сгоревшего в СО, получим
С кг /С/ + 4/3 С кг /О2/ = 7/3 С кг /СО/. (4.15)
или
С кг /С/ + С/24 кмоль /О2/ = С/12 кмоль /СО/. (4.16)
Слайд 16

Общее количество продуктов сгорания кмоль. (4.18) Изменение объема при неполном сгорании (4.19)

Общее количество продуктов сгорания
кмоль. (4.18)
Изменение объема при неполном

сгорании
(4.19)
Слайд 17

В отличие от полного сгорания в этом случае изменение объема зависит

В отличие от полного сгорания в этом случае изменение объема

зависит не только от содержания в топливе водорода, но также и от содержания углерода, так как при сгорании углерода в СО происходит изменение объема, в то время как при сгорании углерода в СО2 изменения объема нет.
Принятая предпосылка о составе продуктов сгорания справедлива только при уменьшении до . при котором весь углерод топлива сгорает в СО и . При дальнейшем уменьшении часть углерода совершенно не будет окисляться и в продуктах сгорания появиться сажа.
Для бензина при и .
Слайд 18

Качество топлива определяется теплотой сгорания, т.е. количеством выделившейся теплоты при полном

Качество топлива определяется теплотой сгорания, т.е. количеством выделившейся теплоты при

полном сгорании массовой (для жидкого) или объемной (для газообразного) единицы топлива.
Определяют высшую Н и низшую H – теплоту сгорания, которые отличаются приростом теплоты при конденсации водяного пара, учитываемую в Н .
Связь между ними дж/кг
По формуле Менделеева (для любого жидкого топлива)
дж/кг.