1.3 Коэффициент избытка воздуха, степень сжатия. Коэффициент избытка воздуха двс

8.1 Коэффициент избытка воздуха. Сущность и параметры рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания

3.2Топлива для ДВС с искровым зажиганием. Коэффициент избытка воздуха. Зависимость работы двигателя от состава смеси.. Использование эксплуатационных материалов и экономия топливно-энергетических ресурсов

Коэффициент избытка топлива Википедия

Стехиометри́ческая горю́чая смесь (от др.-греч. στοιχεῖον «основа; элемент» + μετρέω «измеряю») — смесь окислителя и горючего, в которой окислителя ровно столько, сколько необходимо для полного окисления горючего.

Стехиометрическая смесь обеспечивает полное сгорание топлива без остатка избыточного окислителя в продуктах горения.

Определения

Отношение количества окислителя к количеству топлива в процессе сжигания или в горючей смеси топливо — окислитель измеряют либо в виде отношения масс, либо в отношении объёмов, либо в отношении количества молей. Соответственно, различают массовое L0,{\displaystyle L_{0},}

, объёмное LV{\displaystyle L_{V}} и молярное LM{\displaystyle L_{M}} отношения:

L0=momf,{\displaystyle L_{0}={\frac {m_{o}}{m_{f}}},} LV=VoVf,{\displaystyle L_{V}={\frac {V_{o}}{V_{f}}},} LM=MoMf,{\displaystyle L_{M}={\frac {M_{o}}{M_{f}}},}где mo, mf{\displaystyle m_{o},\ m_{f}} — массы окислителя и топлива; Vo, Vf{\displaystyle V_{o},\ V_{f}} — объёмы окислителя и топлива; Mo, Mf{\displaystyle M_{o},\ M_{f}} — молярное количество окислителя и топлива (число молей).

Для газообразных смесей топлива и окислителя в соответствии с законом Авогадро LM=LV.{\displaystyle L_{M}=L_{V}.}

Если в процессе химической реакции горения в продуктах горения не будет ни свободного окислителя, ни несгоревшего топлива, то такое соотношение топлива и окислителя называют стехиометрическим.

Например, реакция горения водорода в кислороде со стехиометрическими коэффициентами:

2h3+O2⟶2h3O{\displaystyle {\ce {2h3 + O2 -> 2h3O}}}.

В этой реакции в продуктах горения (в правой части уравнения) нет ни горючего, ни окислителя, причём на 2 моля водорода требуется 1 моль кислорода, или, по закону Авогадро, на 2 объёма водорода 1 объём кислорода, или на 4 г водорода 32 г кислорода, то есть, при полном сгорании водорода без избытка кислорода: LVst=LMst=1/2=0,5,{\displaystyle L_{Vst}=L_{Mst}=1/2=0,5,} L0st=32/4=8.{\displaystyle L_{0st}=32/4=8.} Эти численные значения называют стехиометрическими отношениями.

Стехиометрические отношения зависят от вида топлива и окислителя, например, в реакции горения метана в кислороде:

Ch5+2O2⟶CO2+2h3O{\displaystyle {\ce {Ch5 + 2O2 -> CO2 + 2h3O}}}LVst=LMst=2,{\displaystyle L_{Vst}=L_{Mst}=2,} L0st=64/16=4.{\displaystyle L_{0st}=64/16=4.}

Коэффициентом избытка окислителя называют отношение фактического отношения окислитель/топливо к стехиометрическому:

α=L0/L0st=LV/LVst=LM/LMst,{\displaystyle \alpha =L_{0}/L_{0st}=L_{V}/L_{Vst}=L_{M}/L_{Mst},}

причём α{\displaystyle \alpha } не зависит в каком виде определено отношение окислитель/топливо масоовом, молярном или объёмном. Очевидно, что при стехиометрическом отношении окислитель/топливо α=1.{\displaystyle \alpha =1.}

Смеси топливо/окислитель у которых α<1{\displaystyle \alpha <1} называют богатыми смесями, а α>1{\displaystyle \alpha >1} — бедными.

В зарубежной научно-технической литературе коэффициент избытка окислителя обычно обозначают буквой λ.{\displaystyle \lambda .}

Также используется параметр, называемый коэффициентом избытка топлива ϕ=1/α,{\displaystyle \phi =1/\alpha ,} величина, обратная к коэффициенту избытка окислителя.

Отношение воздух/топливо и коэффициент избытка воздуха

Наиболее часто используемый окислитель — кислород атмосферного воздуха, поэтому часто используется понятие коэффициент отношения воздух/топливо — отношение массы L0a{\displaystyle L_{0a}} или объёма LVa{\displaystyle L_{Va}} воздуха к массе или объёму топлива:

L0a=mamf,{\displaystyle L_{0a}={\frac {m_{a}}{m_{f}}},} LVa=VaVf,{\displaystyle L_{Va}={\frac {V_{a}}{V_{f}}},}где ma, mf{\displaystyle m_{a},\ m_{f}} — массы воздуха и топлива; Va, Vf{\displaystyle V_{a},\ V_{f}} — объёмы воздуха и топлива.

Иногда, при расчётах по стехиометрическим уравнениям горения, применяют молярное отношение воздуха к топливу, при этом считают, что молекулярная масса воздуха примерно равна 29 г/моль.

LMa=MaMf,{\displaystyle L_{Ma}={\frac {M_{a}}{M_{f}}},}где Ma, Mf{\displaystyle M_{a},\ M_{f}} — молярное количество воздуха и топлива (число молей).Горючее L0ast{\displaystyle L_{0ast}} LVast{\displaystyle L_{Vast}} LMast{\displaystyle L_{Mast}}

Водород	34,2	2,43	2,4
Метан	17,2	9,66	9,5
Пропан	15,6	24,2	23,5
Бутан	15,4	30,8	31,0
Бензин Б-70	14,7	9430	54,2

Воздух содержит другие газы, не участвующие в процессе горения, в основном это азот с объёмной (и молярной) концентрацией около 78 %. Для расчёта стехиометрического соотношения воздух/топливо этот азот и другие инертные газы нужно учитывать в уравнении химической реакции, для простоты коэффициентов уравнения примем, что в воздухе на 1 молекулу (объём) кислорода приходится 4 молекулы (объёма) азота, тогда уравнение горения метана в воздухе будет:

Ch5+2O2+8N2⟶CO2+2h3O+8N2{\displaystyle {\ce {Ch5 + 2O2 + 8N2 -> CO2 + 2h3O + 8N2}}},

откуда следует, что на 1 объём метана для стехиометрического горения в воздухе требуется приблизительно 10 объёмов воздуха, точнее — 9,66 объёмов, расхождение обусловлено тем, что в уравнении не учтён аргон воздуха с концентрацией около 1 об. % и точное объемное значение концентрации кислорода в воздухе равное 20,95 %.

Стехиометрические отношения воздух/топливо для некоторых топлив приведены в таблице для воздуха при температуре 25°С и давлении 100 кПа.

Отношение фактического объёма или массы воздуха к стехиометрическому объёму или массе воздуха называют коэффициентом избытка воздуха α{\displaystyle \alpha }[1]:

α=L0a/L0ast=LVa/LVast=LM/LMst.{\displaystyle \alpha =L_{0a}/L_{0ast}=L_{Va}/L_{Vast}=L_{M}/L_{Mst}.}

Коэффициент избытка воздуха в различных топливосжигающих устройствах и двигателях

Зависимости мощности и удельного расхода топлива для ДВС с искровым зажиганием от коэффициента избытка воздуха

Двигатели внутреннего сгорания

Коэффициент избытка воздуха α{\displaystyle \alpha } всегда для стехиометрической смеси равен единице. Но практически в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) этот коэффициент отличается от 1. Так например, оптимальный с точки зрения экономичности α{\displaystyle \alpha } для двигателей с искровым зажиганием 1,03—1,05, это превышение обусловлено тем, что из-за несовершенства смешения топлива с воздухом в карбюраторе или цилиндре двигателя с впрыском топлива для полного сгорания топлива необходимо небольшое увеличение α{\displaystyle \alpha }. С другой стороны, наибольшая мощность двигателя при прочих равных достигается при работе на более богатых смесях (α=0,83...0,88{\displaystyle \alpha =0,83...0,88} На рисунке показаны зависимости мощности и экономичности двигателя с искровым зажиганием от α{\displaystyle \alpha } и соотношения воздух/топливо для бензина при некоторых значениях α{\displaystyle \alpha }. Так, для бензина стехиометрическое соотношение воздух/топливо по массе составляет 14,7, для смеси пропан-бутан это соотношение равно 15,6.

В современных двигателях поддержание α{\displaystyle \alpha } близкого к оптимальному осуществляется с помощью автоматической системы управления соотношением топливо/воздух. Основным датчиком в таких системах служит датчик концентрации свободного кислорода в выхлопных газах двигателя — так называемый лямбда-зонд.

В дизельных двигателях для исключения сильного сажеобразования α{\displaystyle \alpha } поддерживают на уровне 1,1…1,3[2].

Газовые турбины

В камере сгорания газовой турбины, например двигателя самолёта α{\displaystyle \alpha } поддерживается близким к 1. Но перед лопатками турбины для снижения температуры газа из соображений жаропрочности лопаток газ из камеры сгорания разбавляется воздухом, отбираемым от компрессора турбины, что снижает его температуру от приблизительно 1600 °C до 1300…1400 °C, поэтому α{\displaystyle \alpha } в выхлопных газах турбины α{\displaystyle \alpha } значительно больше 1 и достигает 5.

Промышленные, отопительные и бытовые котлы

α{\displaystyle \alpha } в таких котлах существенно зависит от вида топлива. В газовых котлах небольшой мощности или производительности α{\displaystyle \alpha } составляет 1,2…1,4, в крупных энергетических котлахсжигающих природный газ — 1,03…1,1. В котлах, работающие на жидком и твёрдом топливе для полноты сгорания α{\displaystyle \alpha } поддерживается в пределах от 1,5 до 2…3.

Примечания

Литература

Baehr H. B. Thermodynamik, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1988, ISBN 3-540-18073-7.
Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах. Пер. с англ. под ред. К. И. Щелкина, А. А. Борисова. М.: Мир 1968

Ссылки

wikiredia.ru

2.4 Коэффициент избытка воздуха. Тепловой расчёт двигателя внутреннего сгорания ВАЗ 2103

2. Основные параметры камер сгорания гтд

Для оценки совершенства камер сгорания, эффективности их рабочего процесса, а также при расчетах основных данных и характеристик авиационных ГТД используются следующие основные параметры камер сгорания:

1. Коэффициент полноты сгорания. Для основной камеры сгорания он представляет собой отношение количества теплоты, реально подведенной к единице массы воздушно-газового потока (рабочего тела) в камере сгорания, к теоретически возможному его значению, которое выделилось бы в камере при полном сгорании топлива и при отсутствии потерь теплоты через её стенки

. (9.1)

Если теплотворность топлива равна (для авиационных керосинов она составляет 42900…43100 кДж/кг), то

где расход воздуха через основную камеру сгорания,расход топлива иотносительный расход топлива.

Для форсажной камеры аналогично . (9.2)

На расчетном режиме обычно в основной камере сгорания , а в форсажной

Может рассматриваться также суммарный коэффициент полноты сгорания топлива в двигателе с форсажной камерой , (9.3)

где количество теплоты, подведенной к 1 кг прошедшего через двигатель воздуха, при данном суммарном расходе топлива в основной и форсажной камерах, ато же, но если бы сгорание топлива было полным.

2. Коэффициент восстановления полного давления. Так называется отношение осредненного полного давления на выходе из камеры сгорания к полному давлению на входе в неё. (9.4)

Обычно в основных камерах сгорания , а в форсажных (когда они включены).

Коэффициент избытка воздуха , равный отношению действительно поступающего в камеру сгорания в единицу времени количества воздуха (т.е. его расхода)к теоретически необходимому для полного сгорания топлива, поступающего в камеру за то же время. Количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания одного килограмма топлива, обозначается. Тогда

. (9.5)

Для авиационного керосина .

При смесь топлива с воздухом называетсястехиометрической. При, т.е. когда воздуха не хватает для полного сгорания (топливо содержится в избытке) смесь называетсябогатой, а еслибедной. Смесь может бытьоднородной, если во всех микрообъемах занимаемого ею пространства значение коэффициентаодинаково, инеоднороднойв противном случае.

Температура продуктов сгорания однородной смеси керосина с воздухом зависит главным образом от её состава (т.е. коэффициента избытка воздуха ). При сгорании стехиометрической смеси (т.е. при1)температура продуктов сгорания достигает 2500 - 2600 К.В основных камерах сгорания современных авиационных ГТД температура газа перед турбиной (на выходе из камеры сгорания) составляет 1500…1800 К, что соответствует (запомните это) коэффициенту избытка воздухапримерно 2…2,5.

В двигателях с форсажной камерой может рассматриваться суммарный коэффициент избытка воздуха, подсчитанный по всему количеству топлива, подаваемому в двигатель в единицу времени , и по всему участвующему в процессах горения количеству воздуха, т.е.. (9.6)

Величина может достигать значений, близких к единице, т.е. при включенной форсажной камере температура газа на выходе из неё может превосходить 2000…2200 К (она меньше, чем была бы прив основной камере сгорания, так как часть энергии, выделившейся сгорании топлива в основной камере, расходуется на вращение турбины.

studfiles.net

1.3 Коэффициент избытка воздуха, степень сжатия. Анализ эффективности работы двигателя внутреннего сгорания

Смесеобразование в системах впрыска дизельных двигателей

Подробности Просмотров: 7289

Смесеобразование

Для характеристики того, насколько отличаются реальные показатели топливовоздушной смеси от теоретического или стехиометрического отношения вводится коэффициент избытка воздуха (лямбда). Коэффициент избытка воздуха показывает отношение массы введенного в цилиндр воздуха к требуемой при cтехиометрическом сгорании для данной массы топлива:

Лямбда = Масса воздуха / (Масса топлива * стехиометрический коэффициент)

Лямбда = 1: введенное в цилиндр количество воздуха соответствует теоретически необходимому для сгорания всего топлива.

Лямбда < I: имеется недостаток воздуха, соответственно смесь — богатая.

Лямбда > 1: имеется избыток воздуха, соответственно смесь — бедная.

Наличие в цилиндре зон с богатой смесью (Лямбда < 1) приводит к увеличению выбросов сажи, СО и СН. Чтобы избежать возникновения таких зон с богатой смесью, дизель должен работать при избытке воздуха. Значения Лямбда для дизелей с наддувом при полной нагрузке находятся между 1,15 и 2,0. На холостом ходу и при нулевой нагрузке они повышаются до Лямбда > 10.

Данные величины коэффициента избытка воздуха показывают значение общего по цилиндру соотношения масс воздуха и топлива. С точки зрения самовоспламенения и образования вредных веществ существенное значение имеют локальные значения Лямбда.

Дизель работает при гетерогенном смесеобразовании и самовоспламенении полученной смеси от сжатия. Перед или вовремя сгорания невозможно обеспечить полностью гомогенное смешивание впрыснутого топлива с воздухом. Самовоспламенение происходит через несколько градусов угла поворота коленчатого вала после начала впрыскивания (период задержки воспламенения). При гетерогенной смеси в цилиндре дизеля локальные коэффициенты избытка воздуха имеют весь диапазон значений от Лямбда = 0 (чистое топливо) в центре факела около носка распылителя до Лямбда = бесконечности (чистый воздух) в зоне внешнего пламени. При ближайшем рассмотрении отдельной жидкой (свободной) капли можно отметить, что на ее поверхности (паровая зона ) имеют место локальные значения Лямбда от 0,3 до 1,5, обеспечивающие возможность самовоспламенения смеси (рис. 2 и 3). Из этого следует, что при тонком распыливании (много мелких капель), высоком коэффициенте избытка воздуха и «дозированном» движении заряда возникает множество локальных зон с небольшими значениями Лямбда, обеспечивающими воспламенение. Это потенциально обеспечивает при сгорании незначительное образование сажи и NOх

boschdiesel 56

Рис. 2 d диаметр капли топлива (220 мкм)

Хорошее распыливание происходит благодаря высокому давлению впрыскивания (в настоящее время максимальные давления в опытных системах превышают 2000 бар). Таким образом, в цилиндре достигается высокая относительная скорость между факелом топлива и воздухом, что обеспечивает хороший распыл факела топлива.

boschdiesel 57

Рис.3

а низкая относительная скорость Ь высокая относительная скорость 1 Зона пламени 2. Зона паров 3. Капля топлива 4. Поток воздуха

С учетом минимизации массы двигателя и соответствующих этому затрат следует получать по возможности большую мощность с имеющегося рабочего объема. Для этого дизель должен работать с высокой нагрузкой при незначительном избытке воздуха, что, однако, повышает эмиссию вредных веществ. Именно поэтому коэффициент Лямбда должен находиться в определенных границах, устанавливаемых точным дозированием количества топлива в зависимости от количества воздуха в цилиндре и от частоты вращения коленчатого вала.

Низкое атмосферное давление также требует изменения цикловой подачи топлива с учетом недостатка воздуха.

< Назад
Вперёд >

www.boschdiagnost.ru

1.3 Коэффициент избытка воздуха, степень сжатия. Коэффициент избытка воздуха двс

8.1 Коэффициент избытка воздуха. Сущность и параметры рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания

Похожие главы из других работ:

1.8 Коэффициент аварийности

Дорожные условия: коэффициент сопротивления качению, суммарное сопротивление дороги, коэффициент сцепления

3.2Топлива для ДВС с искровым зажиганием. Коэффициент избытка воздуха. Зависимость работы двигателя от состава смеси.

3.2 Коэффициент сцепления

5.3 Определение избытка и недостатка порожних вагонов

3.3.2 Коэффициент нагрузки

2.3 Расчет избытка и недостатка порожних вагонов

2.5 Перепад температуры воздуха в охладителе надувочного воздуха

2.6 Коэффициент избытка воздуха

3.5 Коэффициент наполнения

1.4 Выбор коэффициента избытка воздуха и степени сжатия

1.3 Система охлаждения и подогрева наддувочного воздуха как объект регулирования температуры наддувочного воздуха

8.2 Коэффициент наполнения

2.4 Коэффициент избытка воздуха

5.3 Определение избытка и недостатка порожних вагонов

Похожие главы из других работ:

Дорожные условия: коэффициент сопротивления качению, суммарное сопротивление дороги, коэффициент сцепления

3. Зависимость изменения технического состояния ЦПГ

1.Работа двигателей на рабочей смеси

2.1 Теплофизический расчет газовой смеси

2.5 Перепад температуры воздуха в охладителе надувочного воздуха

2.6 Коэффициент избытка воздуха

1.4 Выбор коэффициента избытка воздуха и степени сжатия

1.3 Система компенсации состава горючей смеси с уменьшением разрежения у топливного жиклера

1.4 Зависимость топливной экономичности от конструкций систем

1.3 Система охлаждения и подогрева наддувочного воздуха как объект регулирования температуры наддувочного воздуха

1. Определение основных параметров рабочего процесса двигателя; расчёт мощности, расхода топлива, воздуха и газов двигателем

8.1 Коэффициент избытка воздуха

2.4 Коэффициент избытка воздуха

5. Определение потребного количества единиц подвижного состава через ритм работы пунктов погрузки и разгрузки и интервал движения подвижного состава на маршруте

3. Диагностика ДВС по относительной утечке сжатого воздуха: цели диагностирования, порядок проведения работы, составление диагностического заключения

Коэффициент избытка топлива Википедия

Определения

Отношение воздух/топливо и коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха в различных топливосжигающих устройствах и двигателях

Двигатели внутреннего сгорания

Газовые турбины

Промышленные, отопительные и бытовые котлы

Примечания

Литература

Ссылки

2.4 Коэффициент избытка воздуха. Тепловой расчёт двигателя внутреннего сгорания ВАЗ 2103

Похожие главы из других работ:

1.8 Коэффициент аварийности

Дорожные условия: коэффициент сопротивления качению, суммарное сопротивление дороги, коэффициент сцепления

3.2Топлива для ДВС с искровым зажиганием. Коэффициент избытка воздуха. Зависимость работы двигателя от состава смеси.

3.2 Коэффициент сцепления

5.3 Определение избытка и недостатка порожних вагонов

3.3.2 Коэффициент нагрузки

2.3 Расчет избытка и недостатка порожних вагонов

2.5 Перепад температуры воздуха в охладителе надувочного воздуха

2.6 Коэффициент избытка воздуха

3.5 Коэффициент наполнения

1.4 Выбор коэффициента избытка воздуха и степени сжатия

1.3 Система охлаждения и подогрева наддувочного воздуха как объект регулирования температуры наддувочного воздуха

8.2 Коэффициент наполнения

2.4 Коэффициент избытка воздуха

5.3 Определение избытка и недостатка порожних вагонов

2. Основные параметры камер сгорания гтд

1.3 Коэффициент избытка воздуха, степень сжатия. Анализ эффективности работы двигателя внутреннего сгорания

Похожие главы из других работ:

2. Степень дробления

1.1 Текущая ситуация на участке сжатия воздуха

1.5 Степень сжатия

2.5 Процесс сжатия

1.4 Выбор коэффициента избытка воздуха и степени сжатия

10. Выбор коэффициента воздуха на выходе из топки, определение присосов холодного воздуха и других расчетных характеристик

1.3 Процесс сжатия

Принять расчетные параметры: температуру наружного воздуха, воздуха внутри охлаждаемой камеры, температуру среды (воздуха или грунта) за каждым ограждением.

3. Процесс сжатия

2.2 Коэффициент избытка и присосы холодного воздуха в газоходах котла

2.3 Процесс сжатия

2.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

2.1 Расчет объемов, энтальпий и избытка воздуха и продуктов сгорания

2.2 Присосы воздуха и коэффициенты избытка воздуха по отдельным газоходам

7.3 Влияние относительной влажности воздуха и скорости движения воздуха

Смесеобразование в системах впрыска дизельных двигателей