Примеры решения задач. Задача 1.Задан состав горючей массы топлива Сr = 90,5%, Нr = 4,3%

Задача 1.Задан состав горючей массы топлива С^r = 90,5%, Н^r = 4,3%, О^r =2,5%, S^r = 0,7%, N^r = 2,0%.

Содержание золы А^р = 8,6%.

Содержание влаги W^P =6,5%.

Коэффициент избытка воздуха при сжигании α =1,2.

Определить низшую теплоту сгорания данного топлива и действительное количество воздуха для сжигания 1 кг топлива.

Решение

1. Произведем пересчет горючей массы топлива на рабочую массу, пользуясь уравнениями для пересчета элементарного состава топлива (Л-1, с.10, табл.2):

A^P +W^P

С^Р =С^r (1- ----------------);

 

8,6 +6,5

С^Р =90,5 (1- ------------) =90,5 (1-0,151) =76,83%,

Аналогичные расчеты произведем по остальным элементам топлива:

H^{P =}4,3 (1-0,151)=3,65%;

N^р= 2,0 (1-0,151)=1,71%;

О^р=2,5 (1-0,151)=2,12%;

S^р_л=0,7 (1-0,151)=0,59%.

 

Сделаем проверку правильного пересчета:

 

C^р+H^р+S^р_л+О^р+N^р+А^р+W^р=100%.

 

Тогда 76,83+3,65+0,59+2,20+1,71+8,6+6,5=100%.

2. Определяем низшую теплоту сгорания топлива по формуле Д.И. Менделеева (Л-1, с.12):

Q^р_н=339С^р+1030Н^р-109(О^р-S^р_л)-25,12W^р кДж/кг;

Q^р_н=339*76,83+1030*3,65-109(2,12-0,59)-25,12*6,5=29475 кДж/кг.

3. Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива данного состава при нормальных условиях по формуле (Л-1, с.18):

2,67С^р+8Н^р+S^р_л-О^р

L_т.в.=--------------------------- м³/кг;

 

2,67*76,83+8*3,65+0,59-2,12

L_т.в.=---------------------------------------- =7,76 м³/кг. 30

4. Действительное количество воздуха, неоходимре для сгорания 1 кг топлива при a=1,2, подсчитаем по формуле 19 (Л-1, с.18):

L_д.в.=a* L_т.в.

L_д.в=1,2*7,76=9,3 м³/кг.

 

По полученному значению низшей теплоты сгорания топлива Q^р_н и действительному количеству воздуха для сжигания 1 кг топлива L_д.в. определить название топлива, его марку и возможность применения в сельскохозяйственном производстве.

Данное топливо можно считать каменным углем, марка – К. Q^р_н=29310 кДж/кг, применять можно для отопления мастерских, сушилок и т.д.

 

Задача 2. Определить калорийный и технический эквиваленты при сжигании мазута марки М-5 с Q^р_н=41440 кДж/кг, если к.п.д. котельной η_к=0,93.

Решение

1. Определим калорийный эквивалент мазута по уравнению (Л-5, с. 14):

 

Q^р_н

Э_кал=-----------------,

 

где 29300= Q^р_н (усл.) – низшая теплота сгорания условного топлива.

 

Э_кал=-----------------=1,41

 

2. Определим технический эквивалент при сжигании мазута в котельной по уравнению (Л-5, с. 14):

 

Q^р_н * η_к 41440*0,93

Э_тех=-----------------=-------------------=1,31.

29300 29300

 

Ответ: Э_кал=1,41, Э_тех=1,31.

 

Задача 3. Определить теплоту сгорания топливной смеси для двух случаев работы дизельного двигателя при α₁=1,2 и α₂=1,5, если Q^р_н=42500 кДж/кг.

 

Решение

1. Определим теплоту сгорания топливной смеси при α₁=1,2 (см. Л-3, с. 34):

 

Q_гсм=------------------=2280 кДж/кг.

1+1,2*14,7

 

2. Определим теплоту сгорания топливной смеси при α=1,5:

 

Q^р_н 42500

Q_гсм=----------------=---------------------=1843 кДж/кг.

1+α*L_теор 1+1,5*14,7

 

Вывод: при увеличении коэффициента избытка воздуха на 25% теплота сгорания смеси снизилась на 20%.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте характеристику качеству топлива по его элементарному составу.

2. Что показывает теплота сгорания топлива и как она определяется?

3. Что такое условное топливо?

4. Как определить количество воздуха, необходимое для полного сжигания 1 кг топлива?

5. Что показывает коэффициент избытка воздуха и каково его влияние на работу двигателя?

Топливо для бензиновых двигателей

Эксплуатационные требования, предъявляемые к качеству бензина. Фракционный состав и его влияние на эксплуатационные свойства. Сгорание бензина, понятие о нормальном и детонационном сгорании. Влияние углеводородного состава и эксплуатационных факторов на возникновение и предотвращение детонационного сгорания. Методы повышения противодетонационных свойств бензина, антидетонаторы.

Октановые числа, методы их определения. Этилированные бензины и меры предосторожности при их применении. Влияние качества топлива на смоло- и нагарообразование в двигателе. Смолы фактические и потенциальные. Изменение свойств топлива при транспортировании и хранении. Влияние наличия воды в топливе на коррозию деталей двигателя. Марки и основные характеристики автомобильных бензинов. Меры по предотвращению качественных и количественных потерь бензина. Альтернативные виды топлива (метанол, водород и др.).

Литература: Л-1, с. 42-78; Л-2, с. 25-39; Л-3, с. 38-59.

 

Методические указания

При изучении данной темы необходимо уяснить, что бензины как топливо для двигателей находят широкое применение в сельскохозяйственном производстве при эксплуатации легковых автомобилей, тракторов малого тягового класса для фермеров и подсобных хозяйств. Долговечность и надежность работы двигателя, его мощность и экономичность во многом зависят от качества применяемого топлива и его фракционного состава.

Необходимо уяснить, какие эксплуатационные требования предъявляются к топливу для двигателей, работающих на бензине, как происходит смесеобразование в карбюраторных и инжекторных системах питания.

Рассмотрите основные отличия зимних сортов бензина от летних. Выясните, почему нельзя использовать эти бензины не по сезону.

Обратите внимание на основные принципы смолообразования и нагарообразования. Разберитесь, каким методами оценивается стабильность бензинов и от чего зависит коррозия деталей двигателя, а также резервуаров и другого оборудования для бензинов.

Необходимо научится проводить анализ топлива и делать заключение о его пригодности к эксплуатации по кривой разгонки и фракционному составу.

Рассматривая свойства, обратите внимание на детонационную стойкость – одно из основных требований, предъявляемых к качеству топлива. Хорошо разберитесь в причинах возникновения детонации и теории об органических перекисях. По этой теории процесс сгорания рабочей смеси распадается на две фазы. Первая фаза характеризуется повышением температуры и давления, происходит предпламенное окисление углеводородов, а во второй фазе протекает сгорание с видимым пламенем, скорость распространения которого зависит от скорости реакций окисления и достигает скорости звука.

На явление детонации большое влияние оказывает углеводородный состав топлива, а также условия смесеобразования и конструкционные особенности двигателей.

Необходимо записать в рабочую тетрадь основные причины возникновения детонации и меры борьбы с данным явлением.

Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом (О. Ч.), которое указывает в его марке и определяется моторным или исследовательским методом на специальной установке – УИТ-65.

Необходимо разобраться, в чем суть этих методов и почему октановые числа для одного и того же бензина неодинаковы.

Выясните, какие антидетонаторы применяют для повышения детонационной стойкости бензинов. Изучите их основные свойства и допустимую концентрацию в топливе.

Для определения О. Ч. сравнивают топливо реальное с эталонным, у которого октановое число известно по процентному содержанию изооктана с н-гептаном.

Выпишите в рабочую тетрадь основные марки автомобильных бензинов, расшифруйте значения букв и цифр. Запомните, что заменителем бензина какого-либо сорта может быть бензин с более высоким октановым числом. В случае применения бензина с меньшим О. Ч. необходимо использовать меры против детонации:

- уменьшить угол опережения зажигания октан-корректором;

- не допускать резкого открытия дроссельной заслонки карбюратора;

- не двигаться с малой частотой вращения коленвала;

- не допускать перегрева двигателя.

Уясните, как происходит изменение свойств бензинов при транспортировке и хранении, а также основные мероприятия, применяемые на практике по предотвращению потерь бензина и ухудшению его качества.

 

Примеры решения задач

Задача 4. Определить минимальную температуру воздуха, при которой возможен легкий пуск двигателя для бензина А-76, у которого t_10%=60⁰С.

Решение

Температуру воздуха определим из уравнения:

t_в=0.5*t_10%-50.5=0.5*60-50.5=-20.5⁰С

Ответ: t_в=-20.5⁰С

 

Задача 5. Определить октановое число бензина для двигателя автомобиля ГАЗ-24 «Волга», если степень сжатия ε=8,2, а диаметр цилиндра d=92 мм.

Решение

Детонационную стойкость бензина найдем по эмпирической зависимости (см. Л-1, с. 58; Л-3, с. 45):

ОЧ=125,4-413/ε+0,183d=125,4-413/8,2+0,183*92=58,3

Ответ: ОЧ/м=58,3.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Основные эксплуатационные требования, предъявляемые к бензину.

2. Фракционный состав бензина, характеристика фракций.

3. Как определяется теплота сгорания горючей смеси?

4. Объясните сущность нормального и детонационного сгорания бензина в двигателе.

5. Что называется октановым числом топлива?

6. Охарактеризуйте методы определения октанового числа (моторный, исследовательский).

7. Антидетонаторы, их свойства, допустимая концентрация.

 

Лабораторная работа №1

Определение качества бензинов (выполняется в учебном заведении).