1 Химические реакции при сгорании топлива




Скачать 146.76 Kb.
Название1 Химические реакции при сгорании топлива
Дата публикации09.03.2014
Размер146.76 Kb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Математика > Документы




1.Тепловой расчет двигателя

Исходные данные: Тип двигателя - дизельный;

Эффективная мощность – Ne=189 (кВт);

Номинальная частота вращения – nN = 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

МCO2 = (5)

МCO2 = = 0,07

водяного пара

МH2O = (6)

МH2O = = 0,06

кислорода

MO2 = 0,208·(α-1) ·L0 (7)

MO2 = 0,208·(1,5 – 1)·0,5 = 0,05

азота

МN2 = 0,792· α·L0 (8)

МN2 = 0,792 ·1,5·0,5 = 0,6

Общее количество продуктов неполного сгорания жидкого топлива определяется по формуле:

М2 = МCO2 + МH2O + MO2 + МN2 (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 µ0 вычисляется по формуле:

µ0 = (11)

µ0 = = 1,04

2.Теплота сгорания топлива и топливовоздушных смесей

Низшая теплота сгорания Hu , определяется по формуле:

Hu = 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

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

Теплота сгорания горючей смеси Hгор.см. , определяется по формуле:

Hгор.см. = (13)

Hгор.см – теплота сгорания горючей смеси

Hгор.см. = = 56,7

Теплота сгорания горючей смеси Hгор.см. , определяется по формуле:

Hгор.см. = (14)
5


Hгор.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 + 0,003349tz) + 0,06·(26,67 + 0,004438 tz) + +0,6·(23,723 + 0,00155 tz) + 0,05·(21,951 + 0,001457 tz)] = 19,67 + 0,0015 tz

mcp - mcv = 8,315 (16)

= + 8,315 (17)

- средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном давлении

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

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=pk = 0,1 (МПа) – давление окружающей среды

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

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

pr = 1,05· p0 (18)

pr = 1,05·0,1 = 0,105

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

Tr = 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 ρк , (кг/м3) определяется по формуле :

ρк = p0·106 /RbT0 (19)

Rb – удельная газовая постоянная воздуха

Rb = (20)

R – универсальная газовая постоянная; R = 8315

- масса 1кмоль воздуха; = 28,96

Rb = = 287

ρк = 0,1·106 / (287·293) = 1,2

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

∆pa = (β2 + ξвп ·10-6 (21)

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

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

– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы;

ρк - плотность заряда (кг/м3)

2 + ξвп) = 4

ω2вп = 50

∆pa = 4·1250·1,2·10 -6 = 0,006

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

pa = p0 - ∆pa (22)

pa = 0,1 – 0,006 = 0,094

Коэффициент остаточных газов γr определяется по формуле:

γr = (23)

Без учёта продувки и дозарядки (φоч = φдоз = 1)

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

∆T - температура подогрева свежего заряда ∆T,
Лист

8


Tr - температура остаточных газов Tr , (K)

pr - давление остаточных газов pr , (МПа)

pa - давление в конце впуска pa , (МПа)

ɛ - степень сжатия

γr = = 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 Hраб.см , при (α ≥ 1) определяется по формуле:

Hраб.см. = (24)

Hраб.см. = = 54,5

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

Ta = (25)

Ta = = 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 (φоч = φдоз = 1)

Коэффициент наполнения ηv определяется по формуле:

ηv = · · · ( ɛ · pa - pr) (26)

ηv = · · · ( 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 pc , (МПа) определяется по формуле:

pc = pa· ɛn1 (27)

pc = 0,094·14,71,368 = 3,72

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

Tc = Ta· ɛn1-1 (28)

Tc = 314·14,70,368 = 844

а) Средняя мольная теплоёмкость воздуха в конце сжатия , определяется по формуле:

= 20,6 + 2,638·10-3 · tc (29)

где, tc = Tc – 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.

ξz – коэффициент использования теплоты ; ξz = 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:

ξz· Hраб.см. + [+ 8,315· λ]·tc + 2270·( λ - µ) = µ·· tz (32)
0,7·54500 + [22,21 + 8,315·1,6]·571 + 2270·(1,6 – 1,04) = 1,04·(28 + 0,0015 tz)· tz

или

0,00156 tz2 + 29,12 tz – 62507 = 0

tz = (33)

tz = = 1949 ( 0С)

Tz = tz +273 (34)

Tz = 1949 + 273 = 2222 (К)

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

pz = λ·pc (35)

pz = 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 pí , индикаторной мощностью Ni 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 Ne=189 (кВт))

- номинальная чистота вращения коленвала (по условию nN = 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

Похожие:

1 Химические реакции при сгорании топлива icon1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания
При исследовании процесса горения различных веществ важно знать уравнение химической реакции этого процесса

1 Химические реакции при сгорании топлива iconБилеты органическая химия
Химические свойства альдегидов(реакции восстановления, окисления, присоединения)

1 Химические реакции при сгорании топлива iconХимические свойства алифатических альдегидов
Реакции альдегидов и кетонов, приводящих к образованию новых углерод–углеродных связей

1 Химические реакции при сгорании топлива iconПроверка 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...

1 Химические реакции при сгорании топлива iconКакое движение называется равномерным и равноускоренным?
При облучении ядер алюминия – 27 жесткими γ-квантами образуются ядра магния – 26. какая частица выделяется в этой реакции? Напишите...

1 Химические реакции при сгорании топлива iconВопрос 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...

1 Химические реакции при сгорании топлива iconБиохимия
Биохимия изучает различные структуры, свойственные живым организмам, и химические реакции, протекающие на клеточном и организменном...

1 Химические реакции при сгорании топлива iconРассмотрим первоначальные затраты для оборудования, работающего на...
Вас рациональнее. При сравнении затрат на отопление дома вне зависимости от используемого топлива будем исходить из одинаковых условий:...

1 Химические реакции при сгорании топлива iconКонтроль за транспортом и точным расходом топлива
...

1 Химические реакции при сгорании топлива iconРешение : 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...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов