1 Химические реакции при сгорании топлива

Скачать 146.76 Kb.

Название	1 Химические реакции при сгорании топлива
Дата публикации	09.03.2014
Размер	146.76 Kb.
Тип	Документы

zadocs.ru > Математика > Документы

1.Тепловой расчет двигателя

Исходные данные: Тип двигателя - дизельный;

Эффективная мощность – N_e=189 (кВт);

Номинальная частота вращения – n_N= 2550 (мин ^-1);

Число цилиндров – i = 6;

Степень сжатия - ɛ = 14,7;

1.1.Химические реакции при сгорании топлива
Для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива необходимо вполне определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым и определяется по элементарному составу топлива.

Средний элементарный состав дизельного топлива:

С ,Н,О - массовые доли углерода, водорода и кислорода в 1кг топлива

С = 0,87(кг); H =0,126(кг); О = 0,004(кг)

Теоретически необходимое количество воздуха l₀ ,

определяется по формуле:

l₀=

(1)

где , l₀ – теоретически необходимое количество воздуха в (кг) для сгорания 1кг топлива

0,23 – массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха

l₀ = 4,35·(2,67·0,87+8·0,126 - 0,004) =14,46

L₀ =

(2)

L₀ – теоретически необходимое количество воздуха в (кмоль) для сгорания 1кг

0,208 – объёмное содержание кислорода в 1 кмоль воздуха

L₀ = 4,8·

= 0,5

Отношение действительного количества воздуха l (или L), участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха l₀ (или L₀) называется коэффициентом избытка воздуха:

α = 1,5

Количество горючей смеси(свежего заряда) М₁ ,

для двигателей с воспламенением от сжатия определяется по формуле:

М₁ = α·L₀ (3)

М₁ – количество горючей смеси

α – коэффициент избытка воздуха

М₁= 1,5·0,5 = 0,75

Для любого топлива масса m₁,

горючей смеси:

m₁ = α·l₀+1 (4)

m₁ – массовое количество горючей смеси

m₁= 1,5·14,46 + 1 = 22,7

При полном сгорании топлива (α ≥ 1) продукты сгорания состоят из углекислого газа CO₂, водяного пара H₂O, избыточного кислорода O₂ и азота N₂.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания жидкого топлива при α ≥ 1:

углекислого газа

М_CO₂=

(5)

М_CO₂=

= 0,07

водяного пара

М_H₂_O =

(6)

М_H₂_O =

= 0,06

кислорода

M_O₂ = 0,208·(α-1) ·L₀ (7)

M_O₂ = 0,208·(1,5 – 1)·0,5 = 0,05

азота

М_N₂= 0,792· α·L₀(8)

М_N₂= 0,792 ·1,5·0,5 = 0,6

Общее количество продуктов неполного сгорания жидкого топлива

определяется по формуле:

М₂ = М_CO₂ + М_H₂_O + M_O₂ + М_N₂(9)

М₂ = 0,07 + 0,06 + 0,05 + 0,6 = 0,78

Изменение количества молей рабочего тела при сгорании ∆М ,

определяется как разность:

∆М = М₂- М₁ (10)

∆М = 0,78 – 0,75 = 0,03

Относительное изменение объёма при сгорании характеризуется величиной химического коэффициента молекулярного изменения горючей смеси µ₀ , который представляет собой отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей горючей смеси.

Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси µ₀вычисляется по формуле:

µ₀ =

(11)

µ₀ =

= 1,04

2.Теплота сгорания топлива и топливовоздушных смесей

Низшая теплота сгорания H_u ,

определяется по формуле:

H_u= 33,91C + 125,6H – 10,89(O - S) - 2,51(9H + W) (12)

W – количество водяных паров в продуктах сгорания массовой или объёмной единице топлива

H_u = 33,91·0,87 + 125,6·0,126 – 10,89·0,004 – 2,51·9·0,126 = 42,5

Теплота сгорания горючей смеси H_гор.см. ,

определяется по формуле:

H_гор.см. =

(13)

H_гор.см – теплота сгорания горючей смеси

H_гор.см. =

= 56,7

Теплота сгорания горючей смеси H_гор.см. ,

определяется по формуле:

H_гор.см. =

(14)
5

H_гор.см. =

= 1,87

3.Теплоёмкость газов

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания

при постоянном объёме в дизеле:

·[

+ +

] (15)

где,

- средняя мольная теплоёмкость углекислого газа

- средняя мольная теплоёмкость водяного пара

- средняя мольная теплоёмкость азота

- средняя мольная теплоёмкость кислорода

[0,07·(39,123 + 0,003349t_z) + 0,06·(26,67 + 0,004438 t_z) + +0,6·(23,723 + 0,00155 t_z) + 0,05·(21,951 + 0,001457 t_z)] = 19,67 + 0,0015 t_z

mc_p - mc_v = 8,315 (16)

+ 8,315 (17)

- средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания

при постоянном давлении

= 19,67 + 0,0015 t_z + 8,315 = 28 + 0,0015 t_z

4. Процесс впуска и газообмена

При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух из атмосферы. В этом случае при расчёте рабочего цикла двигателя давление окружающей среды принимаем:

p₀=p_k = 0,1 (МПа) – давление окружающей среды

T₀=T_k = 293 (К) – температура окружающей среды

Давление остаточных газов p_r , (МПа) определяется по формуле:

p_r = 1,05· p₀(18)

p_r = 1,05·0,1 = 0,105

Температура остаточных газов T_r , (K) выбирается из таблицы:

T_r = 600 (K)

Температура подогрева свежего заряда ∆T,

выбирается из таблицы:

∆T = 10

Давление в конце впуска. Это основной фактор ,определяющий количество рабочего тела, поступающего в цилиндр двигателя.

Плотность заряда ρ_к, (кг/м³) определяется по формуле :

ρ_к = p₀·10⁶ /R_bT₀(19)

R_b – удельная газовая постоянная воздуха

R_b =

(20)

R – универсальная газовая постоянная; R = 8315

- масса 1кмоль воздуха;

= 28,96

R_b =

= 287

ρ_к = 0,1·10⁶ / (287·293) = 1,2

Потери давления ∆p_a , (МПа) определяется по формуле:

∆p_a = (β² + ξ_вп)·

·10^-6 (21)

где, β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

ξ_вп – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому её сечению;

– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы;

ρ_к - плотность заряда (кг/м³)

(β² + ξ_вп) = 4

ω²_вп = 50

∆p_a = 4·1250·1,2·10 ^-6 = 0,006

Давление в конце впуска p_a , (МПа) определяется по формуле:

p_a = p₀ - ∆p_a(22)

p_a = 0,1 – 0,006 = 0,094

Коэффициент остаточных газов γ_r определяется по формуле:

γ_r =

(23)

Без учёта продувки и дозарядки (φ_оч = φ_доз = 1)

T_k – температура окружающей среды, T_k = 293 (К)

∆T - температура подогрева свежего заряда ∆T,

Лист

8

T_r - температура остаточных газов T_r , (K)

p_r - давление остаточных газов p_r , (МПа)

p_a - давление в конце впуска p_a , (МПа)

ɛ - степень сжатия

γ_r =

= 0,04

Так как в процессе сгорания участвует не горючая смесь, а рабочая( горючая смесь + остаточные газы), то целесообразно теплоту сгорания топлива относить к общему количеству рабочей смеси.

Теплота сгорания рабочей смеси H_раб.см,

при (α ≥ 1) определяется по формуле:

H_раб.см. =

(24)

H_раб.см. =

= 54,5

Температура в конце впуска T_a , (К) определяется по формуле:

T_a =

(25)

T_a =

= 314

Коэффициент наполнения. Это отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объёме цилиндра при условии, что температура и давление в нём равны температуре и давлению среды ,из которой поступает свежий заряд. Для четырёхтактных двигателей без учёта продувки и дозарядки (φ_оч = φ_доз = 1)

Коэффициент наполнения η_v определяется по формуле:

η_v =

· ( ɛ · p_a - p_r) (26)

η_v =

· ( 14,7 · 0,094 – 0,105) = 0,91

5.Процесс сжатия

При работе дизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точности принять показатель политропы сжатия приблизительно равным показателю адиабаты, который определяется по номограмме.

k₁ - средний показатель адиабаты, k₁ = 1,37

n₁- средний показатель политропы сжатия, n₁= 1,368

Давление в конце процесса сжатия p_c , (МПа) определяется по формуле:

p_c = p_a· ɛⁿ¹ (27)

p_c = 0,094·14,7^1,368 = 3,72

Температура в конце процесса сжатия T_c , (К) определяется по формуле:

T_c = T_a· ɛⁿ^1-1(28)

T_c = 314·14,7^0,368 = 844

а) Средняя мольная теплоёмкость воздуха в конце сжатия

определяется по формуле:

= 20,6 + 2,638·10^-3 · t_c(29)

где, t_c = T_c – 273 = 844 – 273 = 571 (

)

= 20,6 + 2,638·10^-3·571 = 22,11
б) Средняя мольная теплоёмкость остаточных газов в конце сжатия

(определяется по таблице методом интерполяции)

= 23,8

в) Средняя мольная теплоёмкость рабочей смеси в конце сжатия

определяется по формуле:

(30)

= 22,21

6.Процесс сгорания

Целью расчёта процесса сгорания в дизеле является определения температуры, давления и объема в конце видимого сгорания.

ξ_z – коэффициент использования теплоты ; ξ_z = 0,7

λ – степень повышения давления; λ = 1,6

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси µ определяется по формуле :

µ =

(31)

µ =

= 1,04

Для двигателей работающих по циклу со смешанным подводом теплоты при V = const и p = const,температура в конце видимого процесса сгорания уравнение имеет вид:

ξ_z· H_раб.см. + [

+ 8,315· λ]·t_c + 2270·( λ - µ) = µ·

· t_z (32)
0,7·54500 + [22,21 + 8,315·1,6]·571 + 2270·(1,6 – 1,04) = 1,04·(28 + 0,0015 t_z)· t_z

или

0,00156 t_z² + 29,12 t_z – 62507 = 0

t_z =

(33)

t_z =

= 1949 ( ⁰С)

T_z = t_z +273 (34)

T_z = 1949 + 273 = 2222 (К)

Для двигателей работающих по циклу со смешанным подводом теплоты при V = const и p = const, максимальное давление сгорания p_z , (МПа) примет вид:

p_z = λ·p_c(35)

p_z = 1,6·3,72 = 6

Степень предварительного расширения ρ вычисляется по формуле :

ρ =

(36)

ρ =

= 1,7

7.Процесс расширения

В результате процесса расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Степень последующего расширения δ вычисляется по формуле:

δ =

(37)

δ =

= 8,65

Средние показатели адиабаты и политропы расширения. Для дизелей на номинальном режиме можно принять показатель политропы расширения с учётом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты расширения, который определяется по номограмме.

k₂ = 1,28

n₂= 1,28

Давление в конце расширения

, (МПа) при смешанном подводом теплоты определяется по формуле:

(38)

= 0,38

Температура в конце расширения

, (К) при смешанном подводом теплоты определяется по формуле :

(39)

= 1200

8.Индикаторные параметры рабочего цикла.

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется средним индикаторным давлением p_i^́ , индикаторной мощностью N_i и индикаторным КПД.

Среднее теоретическое индикаторное давление

, (МПа) для дизеля со смешанным подводом теплоты:

(40)

=1,06

Коэффициент полноты диаграммы

= 0,95

Среднее давление насосных потерь

, (МПа) при процессах впуска и выпуска:

(41)

= 0,105 – 0,094 = 0,011

Среднее действительное индикаторное давление

, (МПа) определяется по формуле:

(42)

0,95 ·1,06 = 1 (МПа)

Для автотракторных двигателей работающих на жидком топливе индикаторный КПД

вычисляется по формуле:

(43)

= 0,47

При известной величине индикаторного КПД индикаторный расход топлива

жидкого топлива:

(44)

= 180

9.Эффективные показатели двигателя.

Средняя скорость поршня для автомобильных дизелей

(м/с)

Среднее давление

, (МПа) для четырехтактных дизелей с неразделёнными камерами сгорания вычисляется по формуле:

= 0,089+0,0118·

(45)

= 0,089+0,0118· 12 = 0,23

Среднее эффективное давление

, (МПа) вычисляется по формуле:

(46)

= 1 – 0,23 = 0,77

Отношение среднего эффективного давления к индикаторному называется механическим КПД двигателя

и вычисляется по формуле:

(47)

0,77

Эффективный КПД

вычисляется по формуле:.

(48)

= 0,47·0,77 = 0,36

Эффективный удельный расход топлива

вычисляется по формуле:

(49)

= 235

Основные размеры цилиндра двигателя

Теоретический литраж двигателя

, (л) вычисляется по формуле :

(50)

- тактность двигателя

- эффективная мощность двигателя (по условию N_e=189 (кВт))

- номинальная чистота вращения коленвала (по условию n_N= 2550 (мин ^-1))

12

Рабочий объём одного цилиндра

, (л) рассчитывается по формуле:

(51)

- количество цилиндров ( по условию i = 6)

= 2

Диаметр цилиндра D , (мм) рассчитывается по формуле:

= 1

D = 100

(52)

D = 100

= 137

Ход поршня S , (мм) вычисляется по формуле:

S = D ·

(53)

S = 137

1 = 137

Основной литраж двигателя

, (л) вычисляется по формуле:

(54)

= 12

Эффективная мощность

, (кВт)рассчитывается по формуле:

(55)

196

Эффективный крутящий момент

вычисляется по формуле:

(56)

= 707

Часовой расход топлива

вычисляется по формуле:

(57)

- выражено в (кг)

= 189 · 0,235 = 44,5

Средняя скорость поршня:

(58)

12

Литражная мощность

вычисляется по формуле:

(59)

= 15,75

Проверка

(60)

= 0

Лист

Добавить документ в свой блог или на сайт

	1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания При исследовании процесса горения различных веществ важно знать уравнение химической реакции этого процесса		Билеты органическая химия Химические свойства альдегидов(реакции восстановления, окисления, присоединения)
	Химические свойства алифатических альдегидов Реакции альдегидов и кетонов, приводящих к образованию новых углерод–углеродных связей		Проверка и регулировка установочного угла опережения впрыска топлива на дизеле При затрудненном пуске дизеля, дымном выпуске, а также при замене и установке топливного насоса после проверки на стенде через 6то-2...
	Какое движение называется равномерным и равноускоренным? При облучении ядер алюминия – 27 жесткими γ-квантами образуются ядра магния – 26. какая частица выделяется в этой реакции? Напишите...		Вопрос Выделение гпд из оксидного топлива в процессе его выгорания ПД(накоплением). У них меньш плотность чем окс топливо. Теплоёмкость ухудшают Xe и Kr. Твердое распухание зависит от: 1)Глубины выг-я...
	Биохимия Биохимия изучает различные структуры, свойственные живым организмам, и химические реакции, протекающие на клеточном и организменном...		Рассмотрим первоначальные затраты для оборудования, работающего на... Вас рациональнее. При сравнении затрат на отопление дома вне зависимости от используемого топлива будем исходить из одинаковых условий:...
	Контроль за транспортом и точным расходом топлива ...		Решение : Определение реакций опор. Рассмотрим внешние силы приложенные... Определим усилия в стержнях фермы. Кроме внешних сил на каждый узел фермы действуют реакции сходящихся в ней стержней. Эти реакции...

1 Химические реакции при сгорании топлива

Похожие: