дов, и считают эти продукты состоящими из пяти компонентов: СО?, СО, Н2О, Нг и N2. Для расчетов служат четыре уравнения баланса отдельных компонентов, входящих в состав горючей смеси:
углерода водорода кислорода
со 12 Н
н.о -Ьн. = -2- co. + 0,5yMco+0,5M,o=0.21aLo-f =
12 4 32
(53) (54)
(55)
азота
MN, = 0,79aLo
и экспериментально установленная связь
(56)
(57)
Определение величии Мсо и Мно из уравнений (53) и (54) с учетом уравнения (57) и подстановка в уравнение (55) дает возможность определить величину Мсо, а затем и количество остальных компонентов.
Таким образом, содержание отдельных компонентов продуктов неполного сгорания жидкого топлива при а < 1 может быть подсчитано из следующих выражений:
Мсо = 2 / ~ " 0,21Lo кгмоль/кг топлива;
Men. = -т -2
1+/г
1 - а
0,21 Lq кгмоль/кг топлива;
= 2/г у--г-0,21 Lo кгмоль/кг топлива;
I -- а
Мио = -2k ~ 0,21 Lo кгмоль/кг топлива; = 0,79aLo кгмоль/кг топлива. Общее количество продуктов неполного сгорания
В отличие от полного сгорания в этом случае изменение объема дМ зависит не только от содержания в топливе водорода, но также и от содержания углерода, так как при сгорании углерода в СО происходит изменение объема, в то время как при сгорании углерода в СО2 изменения объема нет.
Принятая ранее предпосылка о составе продуктов сгорания справедлива только при уменьшении коэффициента избытка воздуха до некоторого предельного значения а,, при котором весь углерод топлива сгорает в СО и
McOi ~ О- При дальнейшем уменьшении коэффициента а часть углерод» совершенно не будет окисляться и появится неполнота сгорания в виде сажи.. Значение может быть найдено следующ.им образом. При Мсо. = О
откуда
а„ = 1
С 1 -hk
"Р 12 2-0.2lLo
1 I + k 0.79 ,п 1V
Для бензина среднего состава при р = 0,4 и k ~ 0,5 предельное зна-е - 0,5. Коэффициент молекулярг подсчитывают по выражению
чение ос„р ~ 0,5.
Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси при а„р<а<Ь
0.21 (I - «)Zo -~---
0=1 +-i-т>
Изменение величины в зависимости от изменения коэффициента а для бензина показано в левой части фиг, 16. На той же фигуре приведены? кривые изменения величины для смеси состава: 30% моторного бензола,. 70% автомобильного бензина, а также для этилового спирта. Все эти кривые показывают, что при а < 1 изменение состава горючей смеси более резко» влияет на коэф(ициент молекулярного изменения горючей смеси v-o чем при а > 1. В точке, соответствующей теоретическому количеству воздуха (ее = 1), кривые имеют излом.
Даже когда общий коэффициент избытка воздуха а>.1 может наблюдаться местный недостаток воздуха из-за несовершенства смесеобразования. В этом случае неполнота сгорания, выявляется в виде несгоревшего углерода (сажи) при отсутствии водорода и ничтожно малом-содержании окиси углерода в продуктах сгорания. Подобная неполнота сгорания наблюдается-в двигателях с внутренним с.месеобраованнем и восп..1аменением от сжатия.
При несовершенном сгорании углерода с образованием сажи уравнение сгорания углерода» при теоретическом количестве кислорода принимает следующий вид"
С ка углерода + кгмоль кислорода = (I - Яс) углекислоты +
-f <Рс -jg- кг моль кислорода + сажи, (63)
где <fc -доля несгоревшего углерода.
Выражение (63) показывает, что в этом случае объем продуктов сгорания не завнсчт от совершенства сгорания, так как чем меньше количество получившегося COg, тем больше
количество неиспользованного Ог, т. е. COg + 02= -jg" = const. Таким образом, коэффициент избытка воздуха а определяет количество продуктов сгорания независимо от полнотьл сгорания, т. е. (Al2),,econep = (/h)roMH-
Содержание углекислого газа COg в сухих продуктах несовершенного сгорани»
(1 ~ 9с)
полного сгорания
откуда
/„.ч -• (64)
Из контрольного уравнения (52)
COf, 4-02 = 0,21-Р(С02)„,,„
«определяем значение (С02)полн " подставляем в выражение (64), при этом получаем
Выражение (65) дает возможность определить неполноту сгорания с образованием сажи ПО результатам анализа продуктов сгорания, если известна характеристика топлива р. Значения «р для двигателей с воспламенением от сжатия при нагрузках, несколько меньших номинальной, обычно не превосходят 0,01, возрастая при ухудшении смесеобразования как Ф области перегрузок двигателя, так и при холостом ходе.
Неполнота сгорания с образованием сажи не влияет на значения Д/М и {Aq, так как водород топлива сгорает полностью, а окиси углерода практически не образуется.
§ 4. ТЕПЛОЕМКОСТИ СВЕЖЕГО ЗАРЯДА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Для расчета рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания необходимо иметь для различных газов значения средних молекулярных тепло-емкостей при постоянном объел{е с. в зависимости от температуры.
Величина средней молекулярной теплоемкости при постоянном давлении требуется значительно реже, ее легко можно подсчитать по с,, учиты-вая известное соотношение
= + 1,985 ккал1кг моль град. (66)
Значения средних молекулярных теплоемкостей при постоянном объеме для различных газов, с которыми приходится иметь дело при расчете ра-бочего процесса двигателя, даны в табл. 3*. Значения теплоемкостей указаны через каждые 100° в интервале температур О-2500° С.
Величину теплоемкостей для промежуточных температур определяют шутем интерполяции.
Свежий заряд состоит:
в двигателях с воспламенением от сжатия - из воздуха, в карбюраторных двигателях - из воздуха и паров топлива, в газовых двигателях - из смеси воздуха с газообразным топливом. Вследствие того, что относительное количество топлива в горючей смеси незначительно, в карбюраторных двигателях пренебрегают влиянием паров топлива на теплоемкость заряда. В газовых двигателях весь свежий заряд обычно считают состоящим только из воздуха и при расчетах пользуются только теплоемкостью воздуха с.. Таким образом, обычно для двигателей всех типов считают, что теплоемкость свежего заряда с = с,. Получающиеся при этом ошибки относительно невелики.
При более точных расчетах газовых двигателей необходимо определять теплоемкость свежего заряда. Эта теплоемкость может быть подсчитана для требуемых температур по обычному уравнению теплоемкости смеси газов
= S,c»K ккал/кг моль град (67)
См. М. П. В у к а л о в и ч. Термодинамические свойства газов. Энергоиздат, 1954.
