• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

ТЕПЛОТА ЗГОРЯННЯ

Т. з. палива впливає на його витрату, потужність двигуна.

Розрізняють два значення теплоти згоряння: вищу та нижчу. В техніці користуються нижчою теплотою згоряння, яка не враховує теплоту конденсації води.

Теплота згоряння вуглеводневих палив залежить від елементарного складу: чим більше в паливі водню, тим вище теплота згоряння. З підвищенням температури википання, із збільшенням густини теплота згоряння палива зменшується (табл. 8).

Таблиця 8. Нижча теплота згоряння палив

Нафтові палива, що мають невелику відзнаку за фракційним складом та значенням густини, мало відрізняються за теплотою згоряння.

З елементів високу теплоту згоряння (вищу за теплоту згоряння вуглеводнів) мають водень, бор, берилій (табл. 9). Тому вибір палива з високою теплотою згоряння обмежений. При згоранні палива має значення стан оксиду, що утворюється.

Теплота згоряння палива залежить від його хімічного складу, зокрема від співвідношення водню і вуглецю. При згорянні 1 кг водню до водяної пари виділяється 117,3 МДж теплоти, а 1 кг вуглецю до диоксиду вуглецю - 34,1 МДж. Теплоту згоряння палив можна визначити за формулами Д. І. Менделєєва:

Q_в= 34,1 С + 103,0 Н + 10,9 (S - О);

Таблиця 9. Вища теплота згоряння елементів

Q_н = 34,1 C + 103,0 Н + 10, 9(8 - О) - 2,512 (9 Н - W),

де Q_в та Q_н вища та нижча теплота згоряння відповідно, МДж/кг;

С, Н, S, О - вміст у паливі вуглецю, водню, сірки, кисню, масова частка (C+H+S+O) = 1; W - вміст у паливі вологи, масова частка; 34,1 - теплота згоряння вуглецю, МДж; 103,0 - водню; 10,9 - теплота згоряння сірки, МДж; 2,512 - теплота пароутворення води, МДж/кг.

Між вищою та нижчою теплотою згоряння існує співвідношення:

- 2,512 G_n

де G_n - кількість водяної пари, яка утворюється при згорянні 1 кг палива.

Теплоту згоряння палива приблизно можна підрахувати за емпі­ричними формулами, якщо, наприклад, відома густина палива:

Q_B = [1240- 210 (Р₁₅)²] 4, 18;

Q_H = (Q_B-504, 5. H)-4, 18;

Н = (28-15Р₁₅)/100.

Експериментальне теплоту згоряння визначають в калориметрах.

Найвищу теплоту згоряння має водень. Тому низькооктанові бензини, які містять у своєму складі велику кількість парафінових вуглеводнів, мають більш високу масову теплоту згоряння, ніж високооктанові бензини, які містять велику кількість ароматичних вуглеводнів. Це пояснюється зниженням співвідношення водень: вуглець в аро­матичних вуглеводнях порівняно з парафіновими (табл. 10).

У камері згоряння двигуна згоряє суміш, яка складається з палива і повітря. Тому, незважаючи на те, що теплота згоряння спиртів приблизно в 2 рази менша від теплоти згоряння вуглеводневих палив, при згорянні спирто-повітряних сумішей виділяється приблизно така ж кількість теплоти, як і при згорянні такого ж об'єму бензино-повітряної суміші (табл. 12).

Однак, з переходом від парафінових до нафтенових і ароматичних вуглеводнів збільшується їх густина. Це веде до збільшення об'ємної теплоти згоряння. З підвищенням густини вуглеводнів та палив (табл. 11) масова теплота згоряння знижується. Теплоту згоряння знижує також кисень, що міститься в паливі тому метанол і етанол мають більш низьку теплоту згоряння, ніж нафтові палива (табл. 11), хоча внафтових паливах також міститься кисень у вигляді сполук, але його відносна кількість в паливах значно менша порівняно із вмістом кисню в спиртах.

Таблиця 10. Теплота згоряння вуглеводнів

Наявність кисню в спирті скорочує витрати повітря на його згоряння (до 9 кг/кг етанолу і до 6, 5 кг/кг метанолу). Масова кількість спирту в одиниці об'єму спирто-повітряної суміші значно більша, ніж бензину в одиниці об'єму бензино-повітряної суміші, тобто витрати спиртів у двигуні значно більші, ніж витрати нафтового палива.

Теплота згоряння суміші може бути підрахована за формулою:

Q_c = Q_Hη/(1+aІ₀),

де Q_H - нижча теплота згоряння палива; η - коефіцієнт повноти згоряння палива (η = 0,87); a - коефіцієнт надлишку повітря; І₀ - теоретично необхідна кількість повітря, кг/кг.

Таблиця 11. Теплота згоряння палив і сполук

Теоретично необхідна кількість повітря залежить від складу палива.

Практично в горючій суміші треба мати повітря трохи більше теоретично необхідної кількості. Відношення витраченого повітря до теоретично необхідного називається коефіцієнтом надлишку повітря.

Таблиця 12. Теплота згоряння паливоповітряної суміші

Склад горючої суміші значно впливає на роботу двигуна. В циліндри двигуна повинна надходити однорідна горюча суміш, в якій паливо, знаходячись в пароподібному стані, рівномірно розподілене в усьому об'ємі і має концентрацію, яка забезпечує її спалах від електричної іскри. Горюча суміш при надмірному збідненні і перезбагаченні не спалахне. Нижня межа спалаху збіднених горючих сумішей відповідає коефіцієнту надлишку повітря a = 1,4, а вища межа спалаху у збіднених сумішей - а = 0,4. На стехіометричній суміші (а = 1) двигун працює стало, розвиває потужність, близьку до розрахунко­вої, але має знижену економічність. Найбільша економічність при повному навантаженні двигуна має місце на бідній суміші, коли α_ек=1,1, тобто витрата повітря більше теоретично необхідної кількості. Це пояснюється наявністю в циліндрах залишку газів і неоднорідністю горючої суміші, які негативно впливають на процес згоряння. Подальше зниження вмісту палива в горючій суміші, тобто її збіднен­ня, знижує потужність двигуна і економічність його роботи, збільшує витрати пального, зменшує виділення теплоти, яка витрачається на корисну роботу, тому що азот і вільний кисень виносять із собою частину теплоти з відпрацьованими газами. Максимальну потужність розвиває двигун, працюючи на багатій суміші (а_м = 0, 8...0,9). Економічність роботи двигуна при цьому знижується. Зайве збагачення горючої суміші викликає неповне згоряння палива, падіння потуж­ності двигуна, збільшення витрат палива; продукти згоряння містять вуглеводні, що не згоріли, вільний кисень. При роботі на збагачених сумішах відбувається підвищене нагароутворення на клапанах, днищі поршня, електродах свічок і стінках камери згоряння. Частина палива, що не згоріла, змиває оливу із стінок циліндрів і, проникаючи в картер, розріджує оливу. Горючі суміші з коефіцієнтом надлишку повітря меншим а_ек так і більшим ос_м забезпечують надійну роботу двигуна.

Паливо повинно згоряти повністю з максимальним виділенням теплоти, мінімальними втратами її з продуктами неповного згоряння або з надлишком кисню чи азоту, без забруднення навколишнього середовища відпрацьованими газами. При згорянні в циліндрах двигуна утворюються газоподібні, рідкі і тверді (сажа) продукти згоряння палива. Склад продуктів згоряння змінюється залежно від хімічного складу палива, коефіцієнта надлишку повітря, температури оточуючого середовища, характеру процесу згоряння, технічного стану двигуна та інших факторів. Тому коефіцієнт надлишку повітря повинен мати оптимальне значення. В двигунах, що працюють на бензині, згоряння проходить при невеликому надлишку повітря при значеннях а = 1,05...1,15, іноді вдаються до збагачення суміші при значеннях а = 0,90...0,95. У швидкісних дизелях а = 1, 2... 1,4 у тихохідних - а = 1,5...1,7. Газові двигуни працюють при а = 1,03...1,08.

В техніці для розрахунків потреби палив, особливо при переходах з одного палива на інше, часто користуються умовними одиницями (умовним паливом). За умовну теплову одиницю прийнята одиниця умовного палива, яка складає 29,33 Дж/кг (700 ккал/кг). Перераховуючи теплоту згоряння будь-якого палива в умовні одиниці, треба теплоту згоряння палива перемножити на тепловий ек­вівалент (табл. 13). Одиницями умовного палива користуються для нормування і планування необхідної потреби та порівняння калорійності палив різних видів.

Таблиця 13. Середнє значення калорійного еквіваленту для переведення натурального палива в умовне

Читайте також:

1. ВИПАРОВУВАННЯ І ЗГОРЯННЯ ДИЗЕЛЬНИХ ПАЛИВ
2. Двигун зовнішнього згоряння
3. Лабораторна робота № 3 «ТЕПЛОТА ЗМОЧУВАННЯ»
4. Суть нормального та детонаційного згоряння
5. Тема 3 . Паливо для дизельних двигунів внутрішнього згоряння
6. Тема 4 . Газоподібне пальне для двигунів внутрішнього згоряння.
7. Тема 5 . Оливи для двигунів внутрішнього згоряння.
8. Теплота нагрівання
9. Теплота та робота.
10. Теплота, що дістається системі, йде на зміну внутрішньої енергії та виконання роботи.
11. У сучасних двигунах внутрішнього згоряння олива до тертьових

Переглядів: 2710