内燃机原理第四章内燃机的燃烧与放热.10h.ppt

第四章内燃机的燃烧与放热
4-1 内燃机燃烧热化学
 一、燃料燃烧反应方程式
内燃机燃料的主要成分为碳和氢,此外还含有少量的氧、硫等杂质。这些成分及化合物的燃烧可用以下化学反应方程式予以表示:
碳完全燃烧
碳不完全燃烧
氢燃烧
硫燃烧
甲烷燃烧

以上反应方程式中的热值均为273K时的值。对于一般碳氢化合物来说,其燃烧反应方程式可写成如下形式:
(4-1)
由于在空气中,对应于1mol ,,所以,如果反应是利用空气来进行的,则在反应式中,对应所必需的1mol , 的及其他气体。因而对于碳氢化合物来说,其燃烧反应方程式可写成如下通式:
(4-2)
这说明,碳氢化合物完全燃烧时,不管其分子结构如何复杂,总是生成CO2和水蒸气,其量由该碳氢化合物中碳原子和氢原子的含量而定。
二、燃料燃烧所需空气量
由以上所列燃料成分的燃烧反应方程式及其分子量关系,即可求出1kg燃料完全燃烧所需的最低空气量(即理论空气量) ,将1kg燃油中各元素的含量以重量成分表示,则
燃烧过程中,完全燃烧时,C、H、O化合成为CO ,H O .参加燃烧的O ,H 及
燃烧产物CO ,H O(在高温下水是蒸气)
都是气态,
人们引入了kmol这一便于计算的气体容积的单位。
1kmol的气体容积是以kg计的一个分子量重量气体。 ,0℃的标准状况下,1kmol的理论气体或近似理论气体的容积相等, 。每kmol的O 、 H 或CO 的重量为32,2,44kg, 。这里H的原子量为1,O的原子量为16,C的原子量为12,CO2的原子量为12+2*16=44。
碳完全燃烧
C为固体,其容积与1kmol气体的体积相比可以忽略不计。
完全燃烧需要。
同样:
完全燃烧需要
完全燃烧需要
1kg燃料中有g0kg的O2,即 kmol的O2。则1kg的燃料完全燃烧需理论氧量为:
M =( + + - ) kmol
空气主要由氧气、氮气及微量惰性气体组成,,1kmol空气中,,。因此,1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量为:
L = ( + + - ) kmol空气/kg燃料(4-3)
按重量计算为: = L (kg空气)/(kg燃料)
按空气标准体积( )计为:
一般石油燃料,可认为。汽油的平均组成为,可用近似表示;柴油的平均组成为可用近似表示。根据以上二式,汽油和柴油完全燃烧所需的理论空气量分别为:

,
;
或
内燃机运转时,随着混合气形成方式和工作情况的不同,燃烧1kg燃料所耗费的实际空气质量L可能大于、小于或等于燃料完全燃烧所需的理论空气量。充入气缸内的实际空气质量与进入气缸内的燃料完全燃烧所需的理论空气量的比值称为过量空气系数,记作α
α= (4-4)

有时用空燃比AF或燃空比FA来表示可燃混合气的成分。充入气缸内的实际空气质量与进入气缸内的燃料量的质量比为空燃比,即:
AF=
FA=1/AF
显然:可燃混合气按理论混合比混合,α=1。
若α<1,则氧量不足,称之为浓混合气;
若α>1,则氧量过剩,称之为稀混合气。
实际上,即使是在一台内燃机的一个工作循环中,其α值也会随时间和气缸中空间位置的不同而变化。式(4-4)所表达的α值是指一个工作循环中缸内α的算术平均值。
三、燃料燃烧产物量及其物质的量的改变
根据燃料燃烧反应方程式还可计算燃料完全燃烧的燃烧产物量以及燃烧反应前后分子数的改变。燃烧前,1kg燃料与空气形成的可燃混合气总物质的量为:
kmol (4-5)
式中, ——燃料的相对分子质量。
当α>1时,1kg燃料完全燃烧所生成的各种成分气体的物质的量为:
由 kg C生成
kg H生成
(α-1) kmol的氧;
。
这样,燃烧产物的总物质的量:

(4-6)