第三章 燃料与燃烧0809(2).ppt

第三章燃料与燃烧,3-1内燃机的燃料及其热化学一、内燃机的燃料汽油传统燃料石油产品柴油液化石油气（LPG）天然气（CNG）主要成分上碳、氢，占9798含少量硫、氧、氮等。石油产品是以多种碳氢化合物的混合物形式出现。分子式为CnHm通常称为烃。,,第三章燃料与燃烧,仅由碳、氢两种元素组成的化合物统称碳氢化合物，简称烃。饱和烃烷烃开链烃不饱和烃烯烃、炔烃烃环状烃脂环烃芳香烃,,,,1.根据烃分子中碳原子数的不同可构成不同分子量，不同沸点的物质,,①质轻②易挥发③化学稳定性变好④易点燃,①粘度增大②易自燃,2.除碳原子数外分子的化学结构对燃料的性能影响很大，按结构组成石油的烃主要有五类。A、烷属烃CnH2n2直链（正庚烷C7H16）HHHHHHHHCCCCCCCHHHHHHHH支链（异辛烷C8H18）HHHHHCHHHCCCCCHHHCHHHCHHH,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,呈饱和的开链结构，Ｃ↑→结构不紧凑常温稳定，但热稳定性差，高温下易分解，滞燃期较短，是柴油燃料的良好成分。,高温下也较稳定，是汽油中抗爆性好的燃料。,B、烯烃CnH2n例如乙烯HH∣∣H－C﹦﹦C－HC、炔烃CnH2n-2乙炔H－C≡C－H,非饱和开链结构，有一个二价键，它比烷烃难于自燃，抗爆性好，但常温下稳定性差，易于氧化生成胶质。,非饱和开链结构，有一个三价链。炔烃不存在于原油中，系热裂化的中间产物。由于氢不饱和，所以很不稳定。常温下易分解，储存中因氧化而结胶。含快烃多的产品不宜作为发动机燃料.,D、环烷烃CnH2n,,饱和的环状分子结构，不易分裂，热稳定性和自发火的温度均比直链烷烃为高。环烷烃多的燃油适宜作为汽油机燃料，不适宜作柴油机燃料，环烷烃与烷烃都是石油的重要组成部分。,E、芳香烃CnH2n-6,基本化合物是苯，所有芳香烃都含有苯基的成分。在石油中含量较少，分子结构坚固，热稳定性比环烷烃高，在高温下分子不易破裂，化学安定性较前者为高，是良好的防爆剂。石油炼制中常使产品的芳香烃增多。,3-2燃料的使用特性,一、汽油的使用性能影响汽油机性能的关键性指标主要是辛烷值和馏程等。1、馏程蒸发性馏程用燃油馏出某一百分比的温度范围来表示。为了评价燃料的挥发性，以10％、50％和90％的馏出温度作为几个有代表意义的点。（1）馏出10％的温度T1075℃标志着它的起动性。T10低→燃料容易冷车起动。但T10过低，在管路中输送时受发动机温度较高部位的加热而变成蒸气，在管路中形成“气阻”，使发动机断火，影响它的正常运转。,（2）馏出50％的温度T50145℃标志着汽油的平均蒸发性。缩短发动机的暖车时间；温度T50低提高加速性；工作稳定性。（从较低负荷向较高负荷过渡时，能够及时供应所需的混合气。）（3）馏出90％的温度T901时完全燃烧产物的数量1、1kg燃料燃烧前混合气的数量M1,汽油机（kmol/kg燃料）式中；MrT为燃料的分子质量柴油机液态燃料的体积不及空气的1/10000，即为纯空气（kmol/kg燃料）.四、燃料热值与混合气热值1、燃料热值1kg燃料完全燃烧所放出的热量，称为燃料的热值。高热值包括水蒸汽凝结后放出的汽化潜热；低热值不包括水蒸汽凝结后放出的汽化潜热。,,,2、混合气热值单位数量的可燃混合气燃烧所产生的热量。,,3-4燃烧的基本知识,燃烧过程二个阶段着火阶段，燃烧阶段可燃混合物着火的方法强制着火汽油机自燃着火柴油机自燃着火有两个条件1可燃混合物应有一定的能量储存过程。2在可燃混合物的温度不断提高，以及活化分子的数量不断积累后，其反应从不显著的反应速度自动地转变到剧烈的反应速度燃烧。,,,着火从无化学反应向稳定强烈的放热反应的过渡过程。着火方式①链锁（化学）自燃不需要外界加热，在常温条件下依靠自身的化学反应发生的着火过程。②热自燃将燃料和氧化剂混合物迅速而均匀地加热，当混合物被加热到某一温度出现火焰③点燃（强迫着火）用电火花、电弧、热板等高温源使混合气局部受到强烈地加热而先着火，然后火焰传播到整个空间。,着火方式的区别与联系链锁自燃与热自燃均为整个空间的着火过程，链锁自燃基于链锁反应机理，热自燃基于热活化机理，但前者也有热的作用，后者也有活性中间产物的作用。热自燃与点燃的区别在于整体加热与局部加热，着火机理均基于热活化。,热自燃与点燃的区别热自燃与点燃的本质没有差别，但在着火方式上有较大的区别热自燃整个混合气的温度较高，反应和着火是在容器的整个空间进行的。点燃混合气的温度较低，混合气的部分气体受到高温点火源的加热而反应，而在混合气的大部分空间中其化学反应为零，其着火是在局部地区首先发生，然后向空间传播。常见的点燃方式炽热固壁点火、火焰点火、电火花点等,二、电火花点火电火花点火的两个阶段电火花加热预混气使混合气局部着火，形成初始的火焰中心初始的火焰中心向未着火的混合气传播点火成功1）初始的火焰中心形成；2）出现稳定的火焰传播.初始火焰中心的形成取决于电极间隙距离、间隙内的混气比、压力、初温、流动状况、混气性质及火花能量。稳定火焰传播取决于传播区混气压力、温度、初温、混合比及流动状况等,一着火的热理论设有一体积为Vm3的容器，其中充满有燃料与空气的可燃混合气，其浓度为Ckg/m3，容器的壁温为T0K，容器内的可燃气体混合物正以速度wkg/m3s在进行反应，化学反应后所放出的热量，一部份加热了气体混合物，使反应系统的温度提高，另一部份则通过容器壁而传给周围环境。,（一）热力自燃理论设有一容器充满可燃混合气，对其进行加热燃料分子与氧气分子进行化学反应分子运动能量燃料分子与氧分子碰撞打破化学键产生反应。因为打破化学键需能量，,