Скорость и полнота сгорания топлива

Теплоемкость продуктов сгорания и показатель адиабаты

Для адиабатных процессов отношение теплоемкости при постоянном давлении (Ср) к теплоемкости при газов при постоянном объеме (Сv) называется показателем адиабаты. Сами значения Ср и Сv зависят от температуры и состава газа. В то же время их отношение k= Ср / Сv зависит в основном от состава продуктов сгорания и практически не зависит от температуры. Отметим, что k= Ср / Сv всегда больше единицы и при прочих равных условиях, скорость истечения увеличивается с уменьшением k.

Термохимические реакции горения протекают только в реагентах, находящихся в газовой фазе. Если в обычном состоянии реагент жидкий, то его необходимо газифицировать. Обычно это достигается повышением его температуры или увеличением площади поверхности испарения или и тем и другим. Эффективным способом увеличения поверхности испарения жидкости является ее распыливание специальными устройствами – форсунками. Чем больше количество капель образует при распыливании единица массы вещества и соответственно чем меньше их размер, тем интенсивнее происходит их испарение. Дробление жидкости энергетически затратный процесс. Энергия должна затрачиваться на совершение работы против сил поверхностного натяжения и вязкости жидкости, причем последние в данном случае являются проявлением свойств самого топлива. Чем меньше показатели сил поверхностного натяжения и вязкости, тем качественнее при прочих равных условиях происходит процесс дробления и испарения топлива.

Первоначально реакция горения газифицированных, смешенных и подогретых реагентов проходит подготовительную стадию, называемую предпламенным процессом. Для нее характерны относительно медленные скорости реакции и малое тепловыделение и лишь затем с появлением видимого пламени интенсифицируется рост температуры и происходит само горение. Таким образом, зона реакции горения оказывается растянута в пространстве и во времени. Подбором реагентов, их соотношением, температурой в зоне предплаеменных реакций, созданием условий для лучшего смесеобразования и испарения возможно оптимизировать размеры камеры сгорания (КС). При этом, при прочих равных условиях, возможно уменьшить объем КС и соответственно габариты и вес самого двигателя.

Начальной фазой термохимических процессов в двигателях внутреннего сгорания

Требуемая скорость испарения топлива достигается развитой поверхностью испарения, для чего с помощью форсунок оно дробится на мелкие капли. Отметим, что топливо в КС должно иметь наименьшую вязкость и наименьшее поверхностное натяжение. Именно эти его свойства способствуют лучшему дроблению жидкости.

Испаряемость топлив принято характеризовать давлением насыщенных паров, температурой начала кипения для индивидуальных веществ и температурой выкипания 10%; 50%; 90% топлива по массе для смесевых топлив.

В реальных двигателях не удается обеспечить полного сгорания топлива. Это зависит не только от конструкции двигателя, но и от эксплутационных фактов и от химического состава топлив. Следствием неполного сгорания топлив является появление нагара на внутренних поверхностях жаровых труб, а так же других местах газового тракта двигателя, где имеются обратные токи горячих газов и образуются застойные зоны. Наличие нагара нарушает внутреннюю газодинамику двигателя, ухудшает условия охлаждения его теплонапряженных узлов и способствует эрозии поверхности деталей в первую очередь лопаток турбин. Нагарообразующая способность топлив зависит от химического состава топлив. Для ее условной количественной оценки используют эмпирически выявленную зависимость между нагарностью топлива и высотой некоптящего пламени, определяемым с помощью специальной стандартной фитильной лампы. Чем больше высота некоптящего пламени, тем меньше нагар. Для этой же цели используется и люминометрическое число, характеризующее интенсивность излучения пламени. Чем оно выше, тем меньше нагар. Косвенно характеризует нагарообразование зольность топлива.

Дата добавления: 2013-12-13