第3章_燃料工质与热化学修改.ppt

燃烧热化学 (2) 1 kg燃料完全燃烧需要O2摩尔(mol)为： 而O2在空气中的摩尔百分比为21.0%，即需空气量为： 也称之为 “摩尔化学计量比”（mole stoichiometric ratio） 2) 分子变化系数 汽油机 ? ＝1.07~1.12 柴油机 ? ＝1.03~1.06，因为： 汽油H含量大，燃后体积增大多一些 柴油机?a大，有些空气不参加反应，其前后体积不变 3) 残余废气(residual gas)系数 残余废气系数?r是进气过程结束时，缸内的残余废气量与新鲜充量的质量比: 式中，mr—每循环每缸残余废气质量 m1—每循环每缸新鲜充量质量 ◎ 一般无废气再循环（Exhaust Gas Recirculation,简称EGR）的机型?r值范围如下： 汽油机：0.06~0.16，柴油机：0.03~0.06 增压柴油机：0.00~0.03 ◎ 汽油机?r偏高是因为ε小，压缩容积大， 低负荷时进气节流强使新鲜充量下降 ◎ 增压柴油机?r小是因为扫气效果强 燃烧热化学 废气再循环率： 式中，m’r—每缸废气再循环质量 4) 可燃混合气热值 定义：单位质量或单位体积可燃混合气发出的热量(kJ/kg或kJ/m3) Hu(低热值)表示燃料的能量密度；(Hum)V代表混合气的能量密度，越高则相同工作容积发出的功率越高(即pme高) 燃烧热化学 注意：单位体积可燃混合气热值(kJ/m3)，更具有可比性！ 汽、柴油等液体烃，随H/C下降，C量增大，Hu也下降；但H燃烧时所需的空气量比碳燃烧时多，因此Hum基本相同 气体烃 H/C高，Hu高，但本身是气体(密度小)，加上H燃烧要求空气多，Hum小 含氧燃料(甲、乙醇)本身含O， Hu低，但需空气也少(l0小)，Hum与汽、柴油相近 纯H2的Hu最高，但气体占体积(密度小)，且需空气多，Hum反而小 各种燃料的混合气热值比较 结论： 各种燃料Hu差别较大，但不等于Hum也有相同差别 液体燃料Hum大体相同，气体燃料Hum偏低 3.4 燃烧的基础知识 3.4.1 燃烧现象及其分类 燃烧现象 人类文明的起源、热能机械的基础 燃烧过程包括：着火、燃烧 燃烧,是指燃料与氧化剂进行剧烈放热的氧化反应过程。 着火,是指可燃混合气在一定压力、温度和浓度条件下，其氧化反应突然加速，以至出现火焰的现象。 着火阶段也称滞燃期 *着火前也有氧化反应，如煤堆、压燃。 *ICE属周期性非稳定燃烧过程，燃烧持续期10-2ms、着火过程仅:0.3-0.03ms，着火至关重要 着火及燃烧过程 3.4.1.1 燃烧方法分类 ◎气相燃烧—燃料以气体状态与空气混合所进行的燃烧； ◎固相燃烧—固体燃料没有挥发而在表面与空气进行燃烧； 汽油机和柴油机，均为液体燃料、气相燃烧(反应） 1、燃烧分类：气相燃烧、固相燃烧 3.4.1.2 燃烧方法分类 2、气相燃烧分类：扩散燃烧、预混合燃烧 ●扩散燃烧(Diffusion Combustion) 着火前燃料与空气相互分离，着火后两者边混合边燃烧（如煤气灶、蜡烛、锅炉、柴油机、液体燃料失火）； ●预混合燃烧(Premixed Combustion) 着火前燃料气体或燃料蒸气与空气已按一定比例形成均匀混合气（如汽油机、瓦斯爆炸） 。 内燃机中所有燃烧一定属于两种燃烧中的某一类、或两种燃烧的组合。 例如： 点燃式发动机SI（汽油、气体燃料）-- 预混合燃烧 压燃式发动机CI（柴油机）-- 基本属扩散燃烧（初期有预混合燃烧）。 预混合燃烧的高速摄影 层流预混火焰： 均质、透明、亮度低 扩散燃烧特点： 非均质、明亮 层流扩散火焰： 黄（红）色、亮度较高 2、预混合燃烧和扩散燃烧的对比 扩散燃烧 ①燃烧速度取决于混合速度（混合气形成的影响极大）； ②φa=1.2-6.8，稳定稀燃； ③浓度和温度分布不均匀，易产生碳烟； ④有焰燃烧； ⑤无回火可能。 预混合燃烧 ①燃烧速度取决于化学反应速度（混合气形成影响不大） ； ② φa=0.8-1.2，难以稀燃； ③浓度和温度分布均匀， 不易产生碳烟； ④无焰燃烧； ⑤有回火可能，如汽油机进气管放炮 3.4 .2 可燃混合气的着火与着火理论 内燃机的燃烧是周期性、非稳定、高速燃烧过程，着火特性对燃烧过程至关重要。 2个着火理论：热着火（早期）、 链式反应着火（30年代） 3.4.2.1 热着火理论 P、T、n、n* F T0、P0 对于如图所示的有边界的均匀混合气，根据化学反应动力学，其放热速率为：