Процесс сгорания

 

Стехиометрические количества воздуха для разных смесевых топлив. Пусть дизельное топливо имеет следующий средний со­став: С=0,87; Н=0,121; О=0,004; S=0,005.

Стехиометрическое число, выраженное в киломолях, (в кмоль/кг) определяется по соотношению /3/:

, (3.12)

Отсюда: =0,489 кмоль/кг

Стехиометрическое число в кг (кг воздуха на кг топлива) определяется по формуле /3/:

lo=Lo ·m_в, (3.13)

где m_в - молярная масса воздуха, равная 28,93 кт/кмоль.

Подставив получим: l₀ = 0,4894 (кмоль/кг)·28,93 (кг/кмоль) = 14,16 кг/кг.

Если двигатель работает на топливной смеси, состоящей из 70 % водорода и 30% дизельного топлива, то теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кмоля смесевого топлива равно:

L_0CM=q_вод·L_0вод+q_дтL_0дт, (3.14)

где q_вод, q_дт - доли соответственно водорода и ДТ в смесевом топливе;

L_oвод, L_oдт - необходимые количества воздуха для сжигания 1 кмоля соответственно водорода и дизельного топлива.

Определяется (в кмоль воздуха/кмоль газа) по следующей формуле /3/:

L_0вод =(l/0,2l)·(H/4), (3.15)

Подставив получим: L¢_0вод = (1/0,21 )·(1/4)=1,1904 (кмоль возду./кмоль газа).

Молекулярная масса смесевого топлива определяется по формуле /3/:

m_см=(åm_i)/(åm_i/m_i)=(m_дт+m_вод)/(m_дт/m_дт+m_вод/m_вод) (3.16)

Примем молекулярную массу дизельного топлива равной 239 кт/кмоль и определим молекулярные массы смесевых топлив (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Компоненты смесевого топлива

Топлива	Химический состав, %	Молярная масса
C	H	O	S
Дизельное		12,1	0,4	0,5
Водород	-		-	-	1,02

 

Стехиометрическое количество воздуха при сжигании 1 кг дизельного топлива опреде­лено выше и равно 0,4894 кмоль возд./(кг топл.).

Подставив получим: L_0см = 0,70·1,1904 + 0,30·0,4894 = 0,9801 (кмоль возд./кг смесевого топлива).

Приняв молекулярную массу воздуха m_в=28,93,

Подставив получим: l_0cм=28,93·0,9801=28,35 кг возд./кг смесевого топлива.

Для смесевых топлив ДВС низшая теплота сгорания вычисляется по формуле/3/:

Нu=Нu₁m₁+Нu₂m₂+Нu_nm_n, (3.17)

где Нu₁,Нu₂, Нu_n- низшие теплоты сгорания компонентов смесевого то­плива;

m_l, m₂ ... m_n - массовые доли компонентов в смесевом топливе.

Определим низшую теплоту сгорания смесевого топлива, состоящего из 70 % массовых дизельного топлива и 30 % массовых водорода. Элементарный состав (средний) компонентов по массе в водороде примем следующий: Н=1.

Низшая теплота сгорания смесевого топлива (в кДж/кг)определяется по формуле /3/:

Н_uсм= Н_uг·m_г+Н_uд·m_д, (3.18)

где m₁, и m₂ - массовые доли соответственно водорода и дизельного топлива в смесевом топливе;

Нuг и Нuд - низшие теплоты сгорания соответствующих компонентов смесевого топлива;

Низшая теплота сгорания дизельного топ­лива равна 42,5 мДж/кт;

Низшая теплота сгорания водорода равна 8,52 мДж/кг;

Низшая теплота сгорания смеси 30% дизельного топлива и 70% водорода равна 18,7 мДЖ/кг.

Подставив получим: Н_uсм = 42500·0,3+8520·0,7=18714кДж/кг.

Количество (кмоль) свежего заряда (горючей смеси) перед сгоранием.

Действительное количество воздуха (в кмоль/кг) определяется по формуле /3/:

M1=a·L₀ , (3.19)

где a - коэффициент избытка воздуха;

Для дизелей с объемным смесеобразовании a=1,35…2,0;

Принимаем a=1,5.

Подставив получим: M1=1,5·0,9801=1,47 кмоль/кг.

Теплота сгорания топливо - воздушной смеси (Н_горсм) при различных значениях коэффициентов избытка воздуха a (в кДж/кмольраб.см) определяется по следующей формуле /3/:

, (3.20)

где Н_ucм – низшая теплота сгорания 1 кг смесевого топлива.

Подставив получим:

Температура в конце видимого процесса сгорания (в К) определяется по формуле /3/:

где x- коэффициент использования тепла;

l- степень повышения давления.

Для дизелей с полураздельными камерами сгорания величина l =1,7…2,2 /3/;

принимаем l =1,9 с учетом несовершенства конструкции двигателя;

Для дизелей x= 0,7…0,9 /3/;

принимаем x=0,8 с учетом обогащения смеси (a =1.5) и несовершенством процесса смесеобразования;

Теплоёмкость газов для чистого воздуха (в кДж/кмоль·) определяется по формуле /3/:

, (3.21)

где а=20,16; в=1,738·10^-3 - постоянные коэффициенты.

Подставив получим: m·С^с_n=20,16+1,738·10^-3 ·868,87=21,67.

Для продуктов сгорания при a >1:

, (3.22)

,

Теплоёмкость при постоянном давлении определяется по формуле /3/:

, (3.23)

где m·R =8.314- универсальная газовая постоянная.

m·С^z_р =,

m·С^z_р =,

, (3.24)

,

Решая квадратное уравнение, определяем Т_z:

К.

Давление газов в конце сгорания P_Z, (в МПа) определяется по формуле /3/:

, (3.25)

Подставив получим: =1,6·6,12=9,76 МПа.