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1、? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/文章编号: 100221639 (2001) 0620014202富氧燃烧对汽油机性能指标的影响刘应书,冯俊小,乐恺,李洪利(北京科技大学热能工程系,北京, 100083 )摘要:以汽油机为对象,研究富氧燃烧对其指示功率、 机械效率 、 油耗等性能指标的影响。同时考虑制氧能耗,分析汽油机富氧燃烧时的总能耗 。 结果表明,汽油机采用富氧燃烧可以增加指示功率,富氧1% ,指示功率增长率增加4. 8% ;富氧燃烧可以降低
2、汽油机油耗,增加机械效率,且设计机械效率越低,油耗降低越显著,机械效率增加幅度越大;制氧能耗对汽油机富氧燃烧的总能耗有直接影响,对于给定的制氧能耗,存在相应的临界设计机械效率。得到了临界设计机械效率与制氧能耗的关系式:0= 0. 8+ 0 . 12eNy-0. 350 . 373。关键词:汽油机;富氧燃烧;节能中图分类号: T K411. 7文献标识码: AInvestigationon the Characteristics of Gasoline Eng ine with OxygenEnr ichm ent Com bustionL IUY ing2shu, FEN G Jun2xiao
3、 , L E Kai , L I Hong2li(U niversityof Science and T echnology Beijing , Beijing100083, Ch ina)Abstract :T he characteristicsof gasoline engine under oxygenenrichm ent combusti on are investigated .T he resultsshow thatthe indicatingpow er can be increased by 4 . 8% w hen the oxygenis increased by 1
4、% in the gas2inlet and that the m echanicalefficiencyis increased w iththe fuelconsump tiondecreasedunderoxygenenrichm ent.Itis alsoshow n thatthe energyconsump tion of oxygenis impo rtantin consideringif oxygenenrichm ent is adopted.Key words :gasoline engine ; oxygenenrichm ent combusti on;energy2
5、saving1前言汽油机是当前内燃机工业中发展最快、 需求量最大的产品 。 汽油机是通过进入汽缸中的燃料和氧气燃烧实现能量转换的。 而进入汽缸中氧气是直接由空气来提供, 其中氧气仅占体积分数的21% , 其余 79%的氮气等气体经汽缸加热后作为废气排入大气 , 既浪费了热能又增加了大气污染。 解决这一问题的途径之一是采用富氧燃烧技术, 即提高进气中的氧气浓度 , 使燃料在富氧条件下燃烧。 前人曾对内燃机如何获得富氧进行过实验研究 1 ; 对柴油机应用富氧空气的问题开展过理论分析2。 本文以汽油机为对象 , 研究富氧燃烧对其指示功率、 机械效率 、油耗等性能指标的影响。 同时考虑制氧能耗,分析汽
6、油机富氧燃烧时的总能耗。2富氧燃烧对指示功率的影响汽油机正常燃烧时的指示功率可由下式计算Ni=130Vh? v?i?n? s?hu? i1L0(1)收稿日期: 2001205225作者简介:刘应书(19602 ) ,男,教授,主要从事气体分离技术 、富氧燃烧技术和节能环保技术研究开发.式中:Vh为汽缸工作容积,L ; v为充量系数 ;i为发动机汽缸数 ;n为发动机转数, r m in; 为冲程数 ; s为进气状态下空气密度, kg m3; 为过量空气系数;L0为每公斤燃料理论空气量,kg - mol;hu为燃料热值, kJ kg;Ni为指示功率 , kW ; i为指示效率 。当采用富氧燃烧时,
7、 其指示功率为Ni, 则指示功率增长率为Ni-NiNi= (1L0-1L0)(1L0) =L0-L0L0(2)式中 :L0为不同氧浓度下, 所需实际空气量kg -mol kg。 由此计算得到不同富氧率O2(%) 下指示功率增长率如表1 所示。表1指示功率增长率与富氧率的关系O2(%)222324252627282930Ni-NiNi0. 048 0 . 0960 . 1430 . 190 0 . 238 0 . 2860 . 333 0 . 381 0 . 429由表 1 分析可得指示功率增长率与富氧率的关系为(Ni-Ni)Ni= 0 . 048(O2-21)(3)即指示功率增长率随富氧率线性
8、增加。 富氧率增加 1% , 指示功率将增加4 . 8%。41热能工程工业加热2001年第6期名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/3机械效率的影响汽油机的机械效率为有效功率与指示功率之比 , 即m=NeNi= 1-NmNi(4)式中 :N
9、e为有效功率 , kW ;Nm为损失功率 , kW 。设采用富氧燃烧后, 汽油机的机械效率为m,则汽油机械效率增长率为(m-m)m= ( -1) (1-m) m(5)式中 : 为富氧条件下的指示功率与含量为21% 时指示功率的比值。 当汽油机的设计机械效率m在0. 7 0. 9 之间时 ,其增长率的变化见图1。图1汽油机的机械效率增长率与氧浓度的关系由此可知 , 机械效率随氧浓度增加而增大; 设计机 械效率愈低, 其增加幅度愈大。 例如在氧含量25% 时,设计机械效率为0 . 9 时, 机械效率增长率为2% , 设计机械效率为0 . 7 时, 增长率达到8%。4油耗率的影响设ge、ge分别为含
10、氧量21%的空气燃烧与富氧燃烧时的油耗量,则油耗下降率为ge-gege= -(-1) (1-m) -(1-m)(6)不同富氧量下的油耗下降率计算结果见图2。图2油耗下降与氧浓度的关系结果表明 , 氧浓度增加, 汽油机油耗下降率增加, 设计机械效率小的汽油机, 油耗下降率越大, 节油效果越明显 。例如 , 当富氧率为25%时, 设计效率为0 . 9的汽油机 , 油耗下降率1 . 75%, 而设计效率为0 . 7 时, 油耗率下降率为6. 42%。5总能耗分析从上述分析可知汽油机富氧燃烧, 可以提高功率和降低油耗 , 同时还要消耗氧气。 因此 , 将制氧能耗考虑在内 , 综合分析汽油机富氧燃烧的效
11、果是必要的。 为此, 这里把富氧后油耗与所用氧气之能耗之差除以汽油机油耗定义为总能耗下降率。 通过计算不同制氧能耗 、 不同设计机械效率下总能耗下降率的变化 , 分析确定富氧燃烧的效果。图 3 为制氧能耗0 . 5 kW?h m3, 不同设计机械效率时总能耗随富氧率的变化。 由此可以看出 , 制氧能耗一定时 , 随着富氧量的增加, 在一定的设计机械效率范围内 , 内燃机总能耗减小, 且设计机械效率越低 , 能耗下降幅度越大。 但当设计值增大到某一临界值时 , 随着富氧量增加, 内燃机总能耗反而增大。此时 , 富氧已经没有节能降耗的作用了。图3制氧能耗为0 . 5 kW?h m3时总能耗下降率进
12、一步的计算分析发现, 设计机械效率的临界值随着制氧能耗增大而减小。由此可以得到其临界值曲线如图4所示。 在临界值曲线下方,富氧可以减小汽油机的总能耗, 而在其上方 , 富氧却要增大总能耗。图4临界设计机械效率与制氧能耗的关系51热能工程工业加热2001年第6期名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House
13、. All rights reserved. http:/文章编号: 100221639 (2001) 0620016203连铸连轧辊底式加热炉薄板坯的温度场计算王红瑞(邯郸钢铁集团公司技术改造部,河北 邯郸056015 )摘要:分析了CSP工艺中辊底式加热炉及炉中板坯的换热特性,建立了板坯换热的二维非稳态数学模型,用差分法计算出了加热炉中不同时刻板坯断面的温度场,给出了板坯在加热炉中的温度变化曲线,为优化加热炉的加热制度提供了理论依据。关键词:辊底式加热炉;差分法;数学模型;热流密度;温度场中图分类号: T F061 . 2; O 175. 7文献标识码: ATem peratureF ie
14、ld Calculationof Th in Slab in the RollerHearthType Heati ng Furnacefor Con tinuous Casti ng and Rolli ngWANG Hong2rui(T echnical Reform Dept. , H andanIron & Steel GroupCo rp. , H andan 056015, Ch ina)Abstract :In the paper ,the autho r analyzes the heat transfercharacteristicsof slab insideroller
15、hearthtype heatingfurnaceduringCSP techno logy , establishesthe bi2dim ension unstablestate m athem atic model of the slab sheat tranfer , caculates thetemperaturefield on the slab scro ss2section at differenttim e by differentialm ethod and show s the slab stemperaturecurve.A ll these provide theo
16、reticalbasis fo r op tim izing the heating p rocedure of the heatingfurnace .Key words :roller hearthtype heatingfurnace ;differentialm ethod ; m athem atic model ;heat flowdensity ;temperaturefield1前言薄板坯连铸连轧工艺是近几年国内广泛引进的板带生产先进技术, 是我国钢铁企业节能降耗、 提高产量的重大措施 1。直通式辊底炉是CSP 工艺的衔接区和热缓冲区,起着对板坯加热 、 均热和缓冲的重收稿日期
17、: 2001206203;修回日期: 2001208230作者简介:王红瑞(19682) ,男,河北平乡人,主要从事国内外连铸连轧生产工艺的研究.要作用 , 板坯加热质量的好坏直接影响到板坯的轧制性能和质量,因此对直通炉中板坯的热过程特性进行深入研究极为重要。计算板坯温度场的方法很多, 如蒙特卡罗法 、 区域法、 差分法、 热通量法等, 各种方法都有其适用性和优缺点 2。本文综合考虑了辊底式直通炉的结构、热工特性和板坯的几何形状, 采用差分法对炉中板坯温度场进行了计算, 利用计算机进行数值求解得出了不同时刻的板坯断面温度场。为了便于应用临界值曲线, 这里采用曲线拟合方法 , 求出了设计机械效率
18、与制氧能耗的关系式。 设临界设计机械效率为0, 制氧能耗为Ny, 则0= 0 . 8+ 0 . 12eNy-0. 350. 373。对于给定的制氧能耗Ny, 通过上式计算得到0。 当设计机械效率小于0时 , 富氧可以降低内燃机的总能耗 。 而当大于0时 , 则富氧还要增加总能耗。 因此 , 临界设计机械效率可以作为是否采取富氧的决策依据之一。6结论由以上分析可以得出如下结论:(1)汽油机采用富氧燃烧可以增加指示功率。 富氧 1% , 指示功率增长率增加4. 8%。(2) 机械效率随富氧率增加而增加, 且设计机械效率越低 ,其增加幅度越大。(3) 富氧燃烧可以降低汽油机油耗, 且设计机械效率越低
19、 ,油耗降低越显著。(4) 制氧能耗对汽油机富氧燃烧的总能耗有直接影响 。 对于给定的制氧能耗, 存在相应的临界设计机械效率 ,据此 , 可以判断富氧对总能耗的影响。参考文献: 1 周斌.内燃机富氧节能的研究J .西南交通大学学报,1995,30 (3): 312.2 梁从辉.柴油机应用富氧空气的探讨 J .内燃机,1988, (6) : 17.61热能工程工业加热2001年第6期名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -