Методы расчета основных параметров процесса сгорания

Процесс сгорания сопровождается чрезвычайно сложными физико-химическими явлениями, которые развиваются в зависимости от большого числа трудно учитываемых факторов. Это обстоятельство очень усложняет математическое описание процесса, поэтому в настоящее время нет практически приемлемого метода точного расчета не только текущих, но и конечных его параметров. Необходимые при расчете рабочего цикла параметры конца сгорания обычно получают в результате простого термодинамического расчета, выполняемого по идеализированной схеме и дающего только общее приближение к действительным условиям. Основной недостаток этого метода состоит в том, что он не учитывает действительного закона тепловыделения, подменяя его подводом теплоты при простых термодинамических процессах (изохорном и изобарном) с введением эмпирических поправочных коэффициентов.

Расчет процесса сгорания состоит из двух разделов - термохимического и термодинамического.

Количество воздуха, необходимое для сгорания топлива, можно установить из стехиометрических уравнений химических реакций.

В итоге, сгорание углеводородного топлива описывается следующими уравнениями:

С + О2 = СО2 (2.2.1)

2С + О2 = 2СО (2.2.2)

2Н2 + О2 = 2Н2О (2.2.3)

Принимая во внимание атомные и молекулярные веса элементов и выражая газообразные компоненты в молях, можно получить соответственно

12 кг С + 1 моль О2 = 1 моль СО2 (2.2.4)

24 кг С+ 1 моль О2 = 2 моль СО (2.2.5)

4 кг Н2+ 1 моль О2 = 2 моля Н2О (2.2.6)

Из уравнений (2.2.4…2.2.6) определяется количество молей воздуха Мо, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива:

, моль/кг топлива (2.2.7)

где 0,21 — объемное содержание кислорода в воздухе;

С, Н, О — весовая доля углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива.

Элементарный состав топлива можно принять для бензина – С = 0,855 и Н = 0,145.

Действительное количество воздуха М, участвующее в сгорании, обычно не равно теоретическому Мо и составляет

M = αMo, (моль/кг топлива) (2,2,8)

где α – коэффициент избытка воздуха при сгорании.

Для карбюраторных двигателей α = 0,8-1,15 в зависимости от режима работы. При расчете рабочего процесса обычно принимается α = 0,85…0,9.

Число молей свежего заряда, поступившего в цилиндр за время впуска в двигателях с внешним смесеобразованием

, (моль/кг топлива) (2,2,9)

где μТ – молекулярный вес паров топлива (μТ = 114 кг/моль);

в двигателях с внутренним смесеобразованием

М3 = М = α М0 (моль/кг топлива) (2.2.10)

Число молей продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1 кг топлива, также определяется из уравнений (2.2.4…2.2.6).

Если сгорание происходит при α > 1, то число молей продуктов сгорания равно

МГ = МСОг + МНг0 + МN2 + МОг (моль/кг топлива) (2.2.11)

Из уравнений (2.2.4) и (2.2.6) следует, что

Число молей азота при сгорании не изменяется, поэтому

MN2=0,79M = 0,79α M0 .

Число молей избыточного кислорода равно

МОг=0,21 (M - Мo) = O,21 Мо (a- 1).

Подставляя найденные количества компонентов продуктов сгорания в уравнение (2.2.11), получим

Мг = (2.2.12)

или, учитывая уравнение (2.2.7), получим окончательно число молей продуктов сгорания при α > 1

Мг = (моль/кг топлива) (2.2.13)

В случае сгорания с недостатком воздуха (α < 1) часть углерода и водорода окисляется не полностью и в продуктах сгорания присутствуют окись углерода и свободный водород:

МГ = МСО2 + МCO + МН20 + МН2+ МN2 (моль/кг топлива). (2.2.14)

Предполагая, что неполному окислению подвергаются доли углерода и водорода, оцениваемые коэффициентами φ и φ1 можно записать

Материалы о транспорте:

Средний пробег до капитального ремонта
Поскольку все автомобили на АТП имеют различный пробег с начала эксплуатации, то рассчитываем средневзвешенную норму межремонтного пробега по формуле: Lкрс = , тыс. км (1.16) где: А′u – число а ...

Калькуляция полной себестоимости одного обслуживания
Полная себестоимость является основной для установления цены услуг, оказываемых сторонним организациям. Она выше прямых затрат предприятия на выполнение ТО или ТР, так как дополнительно включает затр ...

Балансировка роторной установки с использованием программного обеспечения
Теоретическое определение значений амплитуды ускорений производится при помощи программы ATLANT. Данная программа предназначена для теоретического определения амплитуд ускорений при балансировке рото ...