Тема: Визначення витрати повітря двигуном

Мета заняття:

Навчитися визначати кількість повітря, яка необхідна для згоряння палива, кількість продуктів згоряння, та коефіцієнта молярної зміни.

1. Короткі теоретичні відомості.

Робочими тілами в ДВЗ називаються речовини, за допомогою яких тепло-

та, що виділяється в циліндрі під час згоряння палива, перетворюється в меха-

нічну роботу, а саме: паливо, повітря і продукти згоряння.

У карбюраторному, газовому двигунах і в газодизелі робочим тілом на

такті впуску є суміш повітря і палива—горюча суміш; на такті стиску—горюча

суміш і залишкові гази—робоча суміш; при робочому ході і випуску—продукти

згоряння. В дизелі робочим тілом у такті впуску є повітря; в такті стиску—

суміш повітря з залишковими газами—робоча суміш; при робочому ході і ви-

пуску—продукти згоряння.

В автомобільних ДВЗ застосовуються рідкі й газові види палива, основну

частину яких становлять вуглеводні.

Рідкі палива виробляють в основному з нафти. Основними видами рідкого палива для ДВЗ з іскровим запалюванням є бензини, а для дизелів—дизельні палива. До важливих показників рідких палив належать: для бензину—октанове число, для дизельного палива—цетанове число.

До складу рідкого палива входять вуглець С, водень Н, кисень О, сірка S,

азот N та інші хімічні елементи. Вміст сірки, азоту та інших елементів незнач-

ний, тому, розраховуючи реакції згоряння, враховують тільки вуглець, водень і

кисень. Елементарний склад рідкого палива. Оскільки рідке паливо є сумішшю

різних вуглеводнів, записати його склад за допомогою хімічної формули важко.

Тому в розрахунках згоряння склад палива записують у вигляді спрощеної фо-

рмули елементарного складу, до якої входять масові частки елементів, що міс-

тяться в 1 кг палива:

gС + gH + gО = 1 кг (1)

Наприклад, для дизельного палива: 0,870 кг+0,126 кг+0,004 кг=1 кг.

Для бензину: 0,855 кг + 0,145 кг + 0 = 1 кг.

Крім розглянутих, важливими характеристиками рідких палив, що впливають на робочий цикл та роботу паливної апаратури, є: випарність, густина, в'язкість, поверхневий натяг. Ці характеристики розглядаються у курсі експлуатаційних матеріалів.

В автомобільних ДВЗ застосовуються стиснутий природний газ, який складається в основному з метану СН4 і зріджений нафтовий газ, до якого входять в основному пропан С3Н8 і бутан С4H10. Будь-яке з цих газових палив є сумішшю горючих газів CnHm, CO, H2 і негорючих N2, O2, СО2, Н2О.

Для газових палив записують їх хімічний склад:

MCnHm + MCO + MH2 + MO2 + MCO2 + MH2O + MN2 = 1кмоль, (2)

де М – об’ємна частка (у кіломолях) відповідного газу, що входить у 1 кмоль газового палива.

Пригадаємо, що кіломолем називають кількість речовини, маса якої чисельно дорівнює її молекулярній масі. Так, маса 1кмоля Н2 = 2 кг, 1кмоля

С = 12 кг, 1кмоля О2 = 32 кг.

Щоб визначити кількість повітря, необхідну для згоряння палива, потрібно розглянути реакції згоряння кожного його компонента. Розрахунок виконується в кілограмах і кіломолях.

Реакція згоряння вуглецю: водню:

С + О2 = СО2, 2Н2 + О2 = 2Н2О. (3)

В кілограмах: 12 кг (С) + 32 кг (О2) = 44 кг (СО2) .

4 кг (Н2) + 32 кг (О2) = 36 кг (Н2О) .

Так, як в двигунах використовується повітря, то теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива визначиться:

В кілограмах: l0 = 1/0,23(8/3C + 8H – On), кг (4)

В кіломолях: L0 = 1/0,21(C/12 + H/4 – On/32), кмоль (5)

Дійсна кількість повітря, яке бере участь у згоранні кг палива залежить від

коефіцієнта надлишку повітря (α) і визначається:

В кілограмах: lд = α l0 , кг (6)

В кіломолях: Lд = α L0 , кмоль (7)

Відношення кількості повітря, що фактично бере участь у згорянні, до кількості повітря, теоретично необхідної для повного згоряння палива, називається коефіцієнтом надлишку повітря (рис.1).

α = Lд/ L0 = lд/ l0 = Gпов/ l0 Gпал. (8)

де Gпов—маса повітря, що бере участь у згорянні Gпал кг палива.

Якщо α >1, то повітря більше, ніж теоретично необхідно для повного згоряння палива. Таку паливо повітряну суміш називають бідною. Якщо α =1, склад суміші називають стехіометричним. Коли α <1, суміш називають багатою.

У циліндрах ДВЗ повне згоряння палива може відбуватися тільки за умови α >1, через неоднорідність суміші повітря і палива.

Рис.1 Межі зміни коефіцієнта надлишку повітря (α).

1-карбюраторний двигун, 2- дизельний двигун.

Але в ДВЗ з іскровим запалюванням швидкість згоряння і потужність найбільші, коли α <1, тобто при неповному згорянні палива, коли частина вуглецю окислюється в оксид вуглецю CO. Це істотний недолік таких ДВЗ, бо оксид вуглецю дуже токсичний. У дизелях на всіх режимах α > 1.

Значення а при повній потужності: бензинові ДВЗ з іскровим запалюванням α =0,85...0,95; дизелі α =1,2...1,7; газові ДВЗ α =1,1 ... 1,3.

Сумарна кількість свіжої суміші при згорянні 1 кг палива становить:

В кілограмах: G = 1 + α l0 , кг (9)

В кіломолях: M1 = 1/mn + α L0 , кмоль, (10)

де mn – молярна маса палива.

Кількість окремих складових продуктів згоряння і їх сумарна кількість при

коефіцієнті надлишку повітря (а <1) визначається:

для вуглецю, що згорів в СО:

фсо = 2(1-α)( 1+3Н/С); (11)

для вуглецю, що згорів в СО2:

фсо2 = 1 – фсо ; (13)

Кількість вуглекислого газу:

В кілограмах: Gco2 = 11/3(1- фсо) C , кг (14)

В кіломолях: M co2 = C/12 (1- фсо) , кмоль, (15)

Кількість окису вуглецю:

В кілограмах: Gco = 7/3 фсо C , кг (16)

В кіломолях: M co = C/12 фсо , кмоль, (17)

Кількість водяної пари:

В кілограмах: GН2О = 9 Н, кг (18)

В кіломолях: M Н2О = Н/2, кмоль, (19)

Кількість азоту:

В кілограмах: GN2 = 0.77α l0 , кг (20)

В кіломолях: MN2 = 0,79 α L0 , кмоль, (21)

Сумарна кількість продуктів згоряння:

В кілограмах: G2 = GСО2 + GСО + GН2О + GN2 , кг (22)

В кіломолях: M2 = M СО2 + M СО + M Н2О + MN2 (23)

Кількість окремих складових продуктів згоряння і їх сумарна кількість при

коефіцієнті надлишку повітря (α >1) визначається:

Кількість вуглекислого газу:

В кілограмах: Gco2 = 11/3 C , кг (24)

В кіломолях: M co2 = C/12 , кмоль, (25)

Кількість водяної пари:

В кілограмах: GН2О = 9 Н, кг (26)

В кіломолях: M Н2О = Н/2, кмоль, (27)

Кількість кисню:

В кілограмах: GО2 = 0,23(α-1) l0, кг (28)

В кіломолях: M О2 = 0,21(α-1) L0, кмоль, (29)

Кількість азоту:

В кілограмах: GN2 = 0.77α l0 , кг (30)

В кіломолях: MN2 = 0,79 α L0 , кмоль, (31)

Сумарна кількість продуктів згоряння:

В кілограмах: G2 = GСО2 + GО2 + GН2О + GN2 , кг (32)

В кіломолях: M2 = M СО2 + M О2 + M Н2О + MN2 , кмоль, (33)

Порівняємо кількість робочої суміші і кількість продуктів згоряння:

ДG = G2 – G1, (34)

ДМ = М2 – М1. (35)

Визначаємо теоретичний коефіцієнт молекулярного розширення:

mo = M2 / M1 . (36)

2. Завдання для виконання лабораторної роботи:

По заданому елементарному складу палива і молекулярній масі визначити:

1. Теоретично необхідну кількість повітря для згоряння палива в кг і кмоль.

2. Дійсну кількість повітря, необхідну для згоряння палива в кг і кмоль.

3. Сумарну кількість свіжої суміші в кг і кмоль.

4. Сумарну кількість продуктів згоряння в кг і кмоль.

5. Приріст молекулярного об’єму при згорянні палива.

6. Теоретичний коефіцієнт молекулярного збільшення.

Розрахунок провести для двох значень (α) : (α1) і (α2)

3. Вихідні дані для розрахунку:

Вибір варіанту завання:

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку

Розрахунок:

Висновок:

Таблиця 2. Варіанти вихідних даних для розрахунку:

Контрольні запитання:

1. Що називається робочим тілом у ДВЗ?

2. Назвіть склад робочого тіла у дизельного і бензинового двигуна при різних

процесах циклу.

3. Запишіть рівняння для згоряння вуглецю і водню при (а <1) і при (а >1).

4. Наведіть залежності для визначення теоретично необхідної кількості повітря

для згоряння одного кілограма палива.

5. Що називається коефіцієнтом надлишку повітря?

6. Як характеризуються суміші в залежності від коефіцієнта надлишку повітря?

7. Як розраховується кількість горючої суміші для різного типу двигунів?

8. З яких компонентів складаються продукти повного і неповного згоряння?

9. Як змінюється об’єм суміші при згорянні рідкого і газоподібного палива?

Джерела:

1. Ф.І. Абрамчук. Автомобільні двигуни-К.: Арістей. 2006.-476с. – С.31-46.

2. М.С. Ховах, Г.С. Маслов Автомобільні двигуни. –М.: Машиностроение. 1971.- С.72-85

Лабораторна робота №1 Приклад оформлення звіту.

Розрахунки і оформлення рекомендується виконати за

допомогою компютерної програми Mikrosoft Excel.

Тема:

Визначення витрати повітря двигуном. (Для бензинового двигуна)

Мета заняття:

Навчитися визначати кількість повітря, яка необхідна для згоряння палива, кількість продуктів згоряння, та коефіцієнта молярної зміни.

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку згідно заданого варіанту і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку

Лабораторна робота №1 Приклад оформлення звіту

Розрахунки і оформлення рекомендується виконати за

допомогою компютерної програми Mikrosoft Excel.

Тема:

Визначення витрати повітря двигуном. (Для дизельного двигуна)

Мета заняття:

Навчитися визначати кількість повітря, яка необхідна для згоряння палива, кількість продуктів згоряння, та коефіцієнта молярної зміни.

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку згідно заданого варіанту і заносимо в таблицю1:

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку

Поиск по сайту: