Материал: 2409
Для природного газа, содержащего 95% метана СН4 и 5% пропана С3 Н8, низшая теплотворность равна
|
Qи = [35,8∙ 0,95 + 85,5∙ |
0,05 ] ∙ 106 =38,28 106 |
Дж / м3. |
(5.4) |
|||||||
|
Для газа |
произвольного состава теплоту сгорания расчетным путем |
|||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
можно определить по формуле, используя данные табл. 5.1 [14]. |
|
|
|||||||||
|
Q = [35,8∙ СН4 + 10,8 Н2 + 12,6 СО +63,8 С2 Н6 +111,6 С3 Н8 + |
|
|
||||||||
|
|
|
|
+146 С5 Н12 +23,4 Н2 S] |
∙ 106 Дж/м3. |
|
|
(5.5) |
|||
|
и |
3 |
3 |
|
|
|
|
||||
|
ледует помн ть, что сумма |
в процентах всех составляющих газа |
|||||||||
должна быть равна 100%. |
|
|
|
Таблица 5.1 |
|||||||
|
Бутан ОбозначенС4 Н10 2,45 |
111.6 |
45,4 |
|
|
||||||
|
|
|
|
Теплота сгорания различных газов |
|
|
|
|
|||
|
Газ |
|
|
|
Плотность |
Теплота сгорания |
|
|
|||
|
|
|
|
|
паров, кг/м |
МДж/м |
|
МДж/кг |
|
||
|
Метан |
|
|
СН4 |
|
0,71 |
35,8 |
|
50,0 |
|
|
|
Этан |
|
С2 Н6 |
А |
|
48,0 |
|
|
|||
|
|
|
1,32 |
63,8 |
|
|
|
||||
|
Пропан |
|
С3 Н8 |
|
1,85 |
85,5 |
|
46,0 |
|
|
|
|
Этилен |
|
С2 Н4 |
|
1,25 |
63,8 |
|
51,0 |
|
|
|
|
Бензол |
|
С6 Н6 |
|
3,48 |
140,0 |
|
40,2 |
|
|
|
|
Пентан |
|
С5 Н12 |
|
Д |
45,4 |
|
|
|||
|
|
|
3,21 |
146,0 |
|
|
|
||||
|
Сероводород |
|
Н2 S |
|
1,5 |
23,4 |
|
15,5 |
|
|
|
|
Окись угле- |
|
|
СО |
|
1,26 |
12,6 |
|
10,0 |
|
|
|
рода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Водород |
|
|
Н2 |
|
0,086 |
10,8 |
|
125,0 |
|
|
пользуемся формулой Клапейрона – Менделеева, которая устанавливает связь между абсолютным давлением Р, Н/м2 (Па), абсолютной температу-
рой Т, К, объемом V, м3, массой газа m, кг, и газовой постоянной
R, Дж/(кг∙К):
Для определения плотности упругих паровИнефтепродукта у вос-
P V m R T . |
|
(5.6) |
Один кмоль паров нефтепродукта занимает объем V |
22,4 |
м3. Для |
кмоля объёмом 22,4 м3 уравнение состояния газа имеет вид
56
PV m |
8314 |
T ; |
P |
m |
|
8314 |
T , |
или |
|
P у |
8314 |
T . |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
P |
|
|
||||||||
|
|
|
Откуда |
|
у |
, |
(5.7) |
|||||
|
|
|
|
8314 T |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где – молекулярная (молярная) масса нефтепродукта, кг/кмоль; 8314 Дж/(кмоль∙К) – универсальная газовая постоянная.
Для пр мерного нахождения плотности нефтепродукта (Р = 736 мм
рт. ст. = |
0,98 ∙ 105 Н/м2 Т = 293 К), который находится в газовом со- |
||||
стоянии, |
спользуется выражение |
|
|||
С |
у |
22,4. |
(5.8) |
||
|
|
|
|||
Напр мер, |
молекулярная |
(молярная) |
масса метана СН4 равна |
||
16 кг/кмоль. |
данный газ сосредоточить при атмосферных условиях в |
||||
объемеЕсли22,4 м3, то его плотность удет равна 0,714 кг/м3. Зная плотность газа, можно удельную теплоту сгорания в МДж/м3 перевести в МДж/кг.
В ж дкой фазе плотность метана равна 424 кг/м3. Объём метана в жидком состоянии занимает в 600 раз меньше, чем объём в газовой фазе. Это является важным фактором при транспортировке метана и использовании его в качестве топлива.
По ГОСТ Р 52087–2003 «Газы углеводородные сжиженные топлив-
|
|
Д |
||||
ные» на автомобилях применяют в качестве топлива |
пропан автомобиль- |
|||||
ный (ПА), 85±10%бАпропана, остальное бутан (для зимних условий), про- |
||||||
пан – бутан автомобильный (ПБА), 50 ±10% пропана, остальное бутан. |
||||||
|
В табл. 5.2 дан состав автомобильных газовых топлив ПА и ПБА. |
|||||
|
|
|
И |
|||
|
|
|
|
|
Таблица 5.2 |
|
|
Характеристики сжиженных газов |
|||||
|
Содержание газов, % |
ПА (зимний) |
|
|
ПБА |
|
|
Пропан |
90 |
|
|
40 |
|
|
Бутан |
5 |
|
|
55 |
|
|
Метан, этан, этилен |
5 (3; 1; 1) |
|
|
5 (3; 1; 1) |
|
57
|
|
|
Содержание отчета |
||
1. |
Название, цели и задачи работы. |
|
|||
2. |
Общие сведения о теплоте сгорания топлив. |
||||
3. |
Конечные реакции сгорания водорода и углерода. |
||||
4. |
Расчетные формулы для определения теплоты сгорания жидких и газообраз- |
||||
ных топлив. |
|
|
|
|
|
5. |
Табл. 5.1 с теплотворной способностью различных газов. |
||||
6. |
Результаты расчета теплотворной способности автомобильных газов типа |
||||
ПА и ПБА, согласно данным табл. 5.2. |
|
|
|||
7. |
Выводы по работе. |
|
|
|
|
уравнения |
|
|
|||
С |
|
Контрольные вопросы и задания |
|||
1. |
Чем отл чаются высшая низшая теплотворные способности топлив? |
||||
2. |
бутана |
|
|||
Что представляет со ой процесс сгорания топлив? |
|||||
3. |
Зап ш те конечные |
|
процесса сгорания углерода и водорода. |
||
4. |
Зап ш те уравнен я для определения низшей теплотворной способности бен- |
||||
зина и газа, состоящего з 50% пропана и |
. |
||||
5. |
Как определяется плотность упругих паров нефтепродукта, находящегося в |
||||
газовом состоянии? |
А |
||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
И |
58
Практическая работа № 6
ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
6.1. Цели и задачи практической работы
СЦели практической работы: формирование и закрепление знаний по разделу «Процесс сгорания дизельного топлива».
Задачи: зуч ть протекание процесса сгорания дизельного топлива и определен е давлен я газов в цилиндре.
Процесс сгоран я топлива у дизеля условно разбивают на четыре фазы ( . 6.1):бА1) ндукц онный период (период задержки воспламенения,
рис6.2. Процесс сгорания дизельного топлива
от точки 1 до точки 2); 2) период резкого нарастания давления (фаза быстрого сгоран я, от 2 до 3); 3) период основного горения (от 3 до 4); 4) период догоран я [11].
Индукц онный пер од начинается от момента впрыска топлива до начала горения. Период резкого нарастания давления наблюдается от начала горения до максимального значения давления в цилиндре.
Период основного горения продолжается от максимального давления до максимальной температуры в цилиндре двигателя. Процесс сгорания в цилиндре начинается при постоянномДобъеме, завершается при постоянном давлении.
Периодом задержки воспламенения называется время от начала поступления топлива в камеру сгорания (начало подъема иглы форсунки), до момента, когда в результате химических реакций количество теплоты будет достаточно для прогрева, испарения и воспламененияИтоплива.
Можно считать, что период индукции состоит из двух фаз. Первая фаза называется физической. В продолжительность первой фазы входит период продвижения и распыливания топливного факела в объеме КС, прогрев, испарение капель топлива, смешение паров топлива с воздухом и возникновения оптимальных условий для начала реакций. Вторую фазу назовем химической. Эта фаза связана с временем, в течение которого реакция в зоне с оптимальными условиями (необходимой температурой и давлением) приводит к появлению очага пламени (тепловой взрыв).
Чем больше скорость химической реакции, тем меньше период задержки воспламенения i или интервал времени от момента впрыска топлива в нагретый воздух до момента появления пламени. Период задержки
59
воспламенения можно приближенно определить по формуле (6.1), используя результаты исследования академика Н.Н. Семенова [12]:
|
i |
B |
e |
E |
|
|
|
RT |
, |
(6.1) |
|||
|
m |
|||||
|
|
P |
|
|
||
где В – постоянный множитель, зависящий от свойств топлива (цета- |
||||||
С |
|
ЦЧ = 50; |
||||
нового числа) и состава горючей смеси, например, 300 для |
||||||
Р – давление в цилиндре на такте сжатия в момент начала подачи топлива, |
||||||
Н/м2; m – порядок реакции (1 – 3); Е– энергия активации, равная |
||||||
(20 – 40) 104 Дж/моль, необходимая для преодоления разрыва |
межмоле- |
|||||
подачи |
R – универсальная газовая по- |
|||||
кулярных связей замещения их новыми; |
||||||
стоянная, которая равна 8,314 Дж/(моль К); Т – температура воздуха в |
||||||
момент |
распыленного топлива в камеру сгорания, К; |
e – основа- |
||||
ние натурального лог р фма (2,71). |
|
|
||||
|
бА |
|
||||
|
|
Д |
||||
|
|
|
|
|
И |
|
Рис. 6.1. Осциллограммы перемещения иглы (А), линии сжатия (В), давления (С) и температуры в цилиндре (D): 1 – начало подачи топлива; 1 –2 – индукционный период; 2 – отрыв линии сгорания от линии сжатия; 2–3 –резкое нарастание давления в цилиндре; 3 – максимальное давление в цилиндре; 3–4 – период основного горения; 4 – максимальная температура в цилиндре;
4–5 – линия догорания топлива
60