Термохимический расчет процесса сгорания.

Проведем термохимический расчет процесса сгорания для еди­ницы количества топлива 1 кг. Число молей заряда М_с к моменту начала процесса сгорания найдем из равенства

, (17)

Для дизельных двигателей M₁ определим по формуле

, (18)

где L₀ — количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания 1 кг топлива, кмоль.

Для карбюраторных двигателей, свежий заряд которых состоит из воздуха и паров топлива, M_t вычислим из выражения

где 1 — масса единицы топлива, кг; μ_Т — молекулярная масса топлива (для бензинов μ_Т равно 110 — 120 кг/кмоль).

В связи с малым значением члена 1 / μ_Т при расчетах им можно пренебречь.

Для газовых двигателей

Теоретически необходимое количество воздуха (L_o, кмоль, или /₀, кг) для сгорания 1 кг жидкого топлива при известном его элементарном составе можно найти из выражений

, (20)

(21)

или

где 0,21 и 0,23 — соответственно значения массового и объемного содержания кислорода в 1 кг воздуха; С, Н, О_т — массовая доля углерода, водорода и кислорода в 1 jcr топлива; μ_В — масса 1 кмоля воздуха (μ_В = 28,96 кг/кмоль).

Для газообразных топлив теоретически необходимое количество воздуха (1 моль воздуха/1 моль топлива, или 1 м воздуха/ 1 м³ газообразного топлива) рассчитывается по формуле [16]

, (23)

где n, m, r — соответственно количество атомов углерода (0 — 5), водорода (0 — 12) и кислорода (0 — 2).

Средний состав жидких и газообразных топлив приведен в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Топливо	Состав 1 кг топлива, кг	Содержание газов, % по массе (объему)	Низшая теплота сгорания
углерод	водород	кислород	метан	пропан	бутан	кДж/кг	кДж/м3
Автомобильный бензин	0,854	0,144	-	-	-	-		-
Дизельное топливо	0,864	0,126	0,01	-	-	-		-
Сжиженный газ: СПБТЛ (летний) СПБТЗ (зимний)	-   -	-   -	-   -	4,0   6,0	75,0   33,0	20,0   60,0		-   -
Сжатый газ А Б	- -	- -	- -		1,5 1,5	1,0 1,0	- -

 

Количество остаточных газов М_г (кмоль)

. (24)

Количество продуктов сгорания М2 (кмоль), образующихся при сгорании 1 кг жидкого топлива, может быть определено по фор­мулам, приведенным ниже.

При а > 1 (для дизельных двигателей)

при (для карбюраторных двигателей)

(26)

Количество продуктов сгорания (кмоль) газообразного топ­лива (м³) [16]

(27)

где — количество азота в топливе (1 кмоль азота /1 кмоль топлива).

Изменение количества газов при сгорании определяют как раз­ность между количеством продуктов сгоранияи свежего заряда :

(28)

Для дизелей

(29)

для карбюраторных двигателей

(30)

для газовых двигателей

(31)

При сгорании жидкого топлива в двигателях всегда происходит увеличение количества газа вследствие повышения суммарного числа молекул при химических реакциях их распада и образования новых в результате сгорания водорода и участия в реакциях кислорода, содержащегося в топливе. При сгорании га­зообразного топлива в зависимости от состава газа может быть положительным, отрицательным или равным нулю.

Относительное изменение количества газа в цилиндре двигателя при сгорании горючей смеси характеризуется химическим коэф­фициентом молекулярного изменения

(32)

Для дизельных двигателей

(33)

для карбюраторных

(34)

для газовых

(35)

С увеличением химический коэффициент молекулярного из­менения будет приближаться к единице, причем для жидких топлив он будет всегда уменьшаться с повышением , а для газо­образных характер изменения (возрастание или уменьшение) будет зависеть от положительного или отрицательного значения

В конце сгорания заряд в цилиндре двигателя будет состоять из продуктов сгорания топлива и остаточных газов (кмоль):

(36)

Для дизелей при

(37)

для карбюраторных двигателей при

(38)

для двигателей, работающих на газовом топливе,

(39)

Относительное изменение количества газа (в киломолях) в ци­линдре двигателя при сгорании рабочей смеси характеризуется действительным коэффициентом молекулярного изменения :

(40)

или

(41)

Для карбюраторных двигателей значения находятся в пре­делах 1,05 — 1,08, для дизелей — 1,01 — 1,05.