燃料与燃烧学习教案.pptx

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1、会计学1燃料燃料(rnlio)与燃烧与燃烧第一页，共97页。第三章第三章 燃料(rnlio)与燃烧 第1页/共97页第二页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧 概述概述3.1 概述概述(i sh)发动机的动力来自燃料的化学能。发动机的动力来自燃料的化学能。燃料的品质及特性，决定发动机性能。燃料的品质及特性，决定发动机性能。选择某种燃料作为发动机燃料，受到两个方面的选择某种燃料作为发动机燃料，受到两个方面的影响。影响。1 1）发动机型式）发动机型式(xn sh)(xn sh)2 2）燃料的燃烧特性：）燃料的燃烧特性：燃烧温度、燃烧速度（混合气形成速度、反应速

2、燃烧温度、燃烧速度（混合气形成速度、反应速度）和燃烧程度（反应进度）等。度）和燃烧程度（反应进度）等。第2页/共97页第三页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.1 概述概述(i sh)汽车发动机的主要型式还是往复活塞式内燃汽车发动机的主要型式还是往复活塞式内燃机，发动机的燃料有许多种，燃料的不同决定了机，发动机的燃料有许多种，燃料的不同决定了发动机的结构和性能方面的差异。发动机的结构和性能方面的差异。发动机燃料主要是有机化合物。发动机燃料主要是有机化合物。开发开发(kif)(kif)新型燃料是当前发动机领域的研新型燃料是当前发动机领域的研究热点之一。究

3、热点之一。这方面的研究涉及到新型发动机开发这方面的研究涉及到新型发动机开发(kif)(kif)，甚至是完全不同的动力装置，如燃料电池。，甚至是完全不同的动力装置，如燃料电池。第3页/共97页第四页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.1 概述概述(i sh)燃料成分对其品质和燃烧特性有决定性影响：表 3 1 燃料成分理化性质的变化 表 3 2 燃料部分(b fen)成分的化学结构 烷烃：热稳定性差、化学稳定性好，烷烃：热稳定性差、化学稳定性好，易着火，是燃料主要成分。有支链烷烃抗易着火，是燃料主要成分。有支链烷烃抗爆性好。爆性好。第4页/共97页第五页，

4、共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.1 概述概述(i sh)烯烃和炔烃：热稳定性和化学稳定性差，不易着火，易氧化形成(xngchng)胶质，但抗爆性好。要控制它们在燃料中的比重。环烷烃：热稳定性和化学稳定性好，不易着火，抗爆性好。芳香烃：热稳定性和化学稳定性最好，不易着火，容易形成(xngchng)积碳，但抗爆性极好。第5页/共97页第六页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.1 概述概述(i sh)因此，近几年由于环境保护的需要，对燃料成分提出更高的要求(yoqi)，并出现配方燃料即环保燃料概念。所谓环保燃料是指

5、对燃料各种成分按照给定的比例控制。达到国家汽车排放第三、第四阶段控制标准必须控制燃料质量。第6页/共97页第七页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.1 概述概述(i sh)燃料燃烧是剧烈(jli)的氧化反应过程。在发动机中，对燃烧有时间和速度要求；为了充分利用燃料，还要求尽可能燃烧完全。由于发动机空间和质量限制，对燃料还有能量密度即热值、便于携带、安全等要求。因此，要改进发动机的性能，不仅要研究燃料，还要研究燃烧过程和燃烧条件，找出完全燃烧的途径。第7页/共97页第八页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧 汽车发动

6、机燃料汽车发动机燃料(rnlio)(rnlio)n n3.2 3.2 传统发动机燃料传统发动机燃料n n3.2.1 3.2.1 传统发动机燃料传统发动机燃料n n 传统发动机燃料是汽油和柴油，传统发动机燃料是汽油和柴油，是石油的炼制品。是石油的炼制品。n n 石油的主要成分为碳氢石油的主要成分为碳氢（97%-98%97%-98%），其余为少量的硫、），其余为少量的硫、氧、氮等，分子式为：氧、氮等，分子式为：CnHm,CnHm,常称常称为烃。为烃。n n 汽油和柴油根据沸点的不同汽油和柴油根据沸点的不同进行分馏进行分馏(fnli)(fnli)，依次得到石，依次得到石油气油气汽油汽油煤油煤油轻柴油

7、、重轻柴油、重柴油柴油渣油渣油第8页/共97页第九页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.2 汽车汽车(qch)发动机燃发动机燃料料3.2.1 传统(chuntng)发动机燃料传统发动机燃料是传统发动机燃料是汽油和柴油汽油和柴油。汽油汽油汽油汽油2201.MPG2201.MPG：在常温常压下是液态；在常温常压下是液态；分馏温度为分馏温度为50200；汽油抗爆性汽油抗爆性-辛烷值；辛烷值；有机物的混合物，含碳原子数为有机物的混合物，含碳原子数为C5C11，包括，包括部分芳香烃和环烷烃以及烯、炔烃。部分芳香烃和环烷烃以及烯、炔烃。汽油易于挥发，粘度小，比重低

8、，易点燃但不汽油易于挥发，粘度小，比重低，易点燃但不易自燃。易自燃。第9页/共97页第十页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.2 汽车汽车(qch)发动机燃料发动机燃料3.2.1 传统(chuntng)发动机燃料 柴油：柴油：常温常压下是液态，分为轻柴油和重柴油；常温常压下是液态，分为轻柴油和重柴油；轻柴油分馏温度为轻柴油分馏温度为250360；柴油自然性指标柴油自然性指标-十六烷值十六烷值；有机物混合物，含碳原子数为有机物混合物，含碳原子数为C14C23，包括，包括 部分芳香烃和环烷烃以及烯、炔烃。部分芳香烃和环烷烃以及烯、炔烃。不易挥发，粘度较高，

9、比重较大，自燃倾向比不易挥发，粘度较高，比重较大，自燃倾向比 汽油大，但不易点燃。汽油大，但不易点燃。第10页/共97页第十一页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.2 汽车汽车(qch)发动发动机燃料机燃料3.2.1 传统(chuntng)发动机燃料 汽油、柴油的差异：汽油、柴油的差异：1 1、混和气形成的差异：、混和气形成的差异：汽油汽油挥发性好（50 开始馏出，200蒸发完毕），可在较低温度下与空气混和，形成混和气，控制混合气数量，可调节发动机功率；柴油柴油蒸发性差(200-350），粘性较好，采用高压喷射，靠调节供油量调节发动机功率。2 2、着火

10、与燃烧的差异：、着火与燃烧的差异：汽油汽油自燃温度高，适合点燃，压缩比不宜过高，以防其自燃；柴油柴油易自燃，采用压燃方式，压缩比不宜低，燃油喷射与空气混和时间短而不均匀，燃烧喷射燃烧，时间延长。第11页/共97页第十二页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧(rnsho)(rnsho)燃料的使用特燃料的使用特性性3.3 燃料的使用(shyng)特性3.3.2 传统燃料的使用(shyng)特性 3.柴油与汽油的性能比较柴油与汽油的性能比较第12页/共97页第十三页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧(rnsho)(rnsho)汽车发动机燃汽车发动机燃料料3.2 汽车(qch)发

11、动机燃料3.2.2 新型新型(xnxng)发发动机燃料动机燃料 已经成熟并得到实际应用的发动机燃料有石油气、天然气和醇类石油气、天然气和醇类燃料。石油气：石油气：常温常压下是气态；在低于50温度下，压缩后成为液态，液化石油气；LPG易于携带；碳原子数为C2C5，主要是丙烷、丁烷；极易挥发，粘度极小。第13页/共97页第十四页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧(rnsho)(rnsho)汽车发动机燃汽车发动机燃料料3.2 汽车(qch)发动机燃料3.2.2 新型(xnxng)发动机燃料 天然气（包括煤层气和沼气）：天然气（包括煤层气和沼气）：常温常压下是气态；常温常压下是气态；常温下

12、压缩不能液化，必须在低温下液化；常温下压缩不能液化，必须在低温下液化；不便携带，要进行压缩不便携带，要进行压缩（CNG）；）；碳原子数为碳原子数为C1C4，主要是甲烷、乙烷；，主要是甲烷、乙烷；COCO，NOXNOX排排放低，适用性好，可采用油气双燃料方式，适应柴油机、放低，适用性好，可采用油气双燃料方式，适应柴油机、汽油机，可降低柴油机的微粒排放。汽油机，可降低柴油机的微粒排放。缺点是储运差，与液体燃料相比，降低发动机效率缺点是储运差，与液体燃料相比，降低发动机效率10%10%以以上。上。第14页/共97页第十五页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧(rnsho)(rnsho)汽车

13、发动机燃汽车发动机燃料料3.2 汽车(qch)发动机燃料3.2.2 新型(xnxng)发动机燃料醇类燃料：醇类燃料：甲醇和乙醇的来源广泛、生产成本低；常温常压下是液态；蒸发潜热大，沸点低，便于携带；含氧元素，需要空气少；不易自燃和点燃，容易造成发动机腐蚀。第15页/共97页第十六页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧(rnsho)(rnsho)汽车发动机燃汽车发动机燃料料3.2 汽车(qch)发动机燃料3.2.2 新型(xnxng)发动机燃料 正开发的燃料主要有正开发的燃料主要有二甲醚二甲醚（DME）、氢气、植、氢气、植物汽油、植物柴油和水煤浆、粉末燃料。物汽油、植物柴油和水煤浆、粉

14、末燃料。二甲醚二甲醚（DME）：甲醇具有一定的对人体的危害性，因此研究用甲醇来生产二甲醚。二甲醚具有低污染，高热值，含氧元素、需要空气少，常温常压下为液态、便于携带等特点，极具潜力发展为一种新型燃料。第16页/共97页第十七页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧(rnsho)(rnsho)汽车发动机燃汽车发动机燃料料3.2 汽车(qch)发动机燃料3.2.2 新型(xnxng)发动机燃料 氢气：氢气：氢气燃烧基本没有污染，燃烧速度快，对提高发动机性能有利。氢气可从水中提取，燃烧后成为水分子，可以循环使用。但氢气很难储存、运输和携带，而且制备代价较高，目前仍在深入研究。氢气是很有前途的

15、新型燃料。第17页/共97页第十八页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧 汽车发动机燃汽车发动机燃料料(rnlio)(rnlio)3.2 汽车(qch)发动机燃料3.2.2 新型(xnxng)发动机燃料 植物汽油和植物柴油：植物汽油和植物柴油：利用植物油、废弃的烹调油生产汽油和柴油是近几年发展出来的技术。发动机使用植物汽油和植物柴油时，技术继承性好，而且植物汽油和植物柴油的成分简单，有利于控制有害排放物质。此外，油料作物是可再生的，故此植物汽油和植物柴油得到广泛的注意。第18页/共97页第十九页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧(rnsho)(

16、rnsho)汽车发动机燃汽车发动机燃料料3.2 汽车(qch)发动机燃料3.2.2 新型(xnxng)发动机燃料 水煤浆：水煤浆：在石油能源短缺压力下，把注意力再次投放到煤炭上是极其自然的。由于工业中煤的洁净燃烧技术发展，开始研究发动机使用水煤浆燃烧技术。目前主要存在燃烧不完全、固体颗粒造成发动机磨损和燃料供应等问题，目前仍在深入研究。第19页/共97页第二十页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.3 燃料燃料(rnlio)的使的使用特性用特性3.3.1 燃料燃料(rnlio)使用特性使用特性指标指标 评价燃油品质的指标很多。与发动机使用有关的评价燃油品

17、质的指标称为燃料使用特性指标。其中和发动机性能有关的燃油理化指标理化指标主要有：（1 1）反映燃烧性能的有关指标，如柴油的十六）反映燃烧性能的有关指标，如柴油的十六烷值、汽油的辛烷值烷值、汽油的辛烷值,燃点，馏程等。燃点，馏程等。（2 2）反映燃油输送性能、流动性能的有关）反映燃油输送性能、流动性能的有关指标，如粘度、凝点等。指标，如粘度、凝点等。第20页/共97页第二十一页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧 燃料的使用燃料的使用(shyng)(shyng)特性特性3.3 燃料燃料(rnlio)的使用特性的使用特性3.3.1 燃料使用(shyng)特性指标 （3 3）和发动机排放性

18、能的有关指标。如杂质、）和发动机排放性能的有关指标。如杂质、灰分、含硫量、残炭等。灰分、含硫量、残炭等。很多指标反映了多方面使用特性指标。例如燃点，很多指标反映了多方面使用特性指标。例如燃点，它既反映安全性方面的要求，也是组织发动机燃烧过它既反映安全性方面的要求，也是组织发动机燃烧过程中要考虑的燃油燃烧特点指标。程中要考虑的燃油燃烧特点指标。我国国家标准对所国产有燃油的品质作出规定。我国国家标准对所国产有燃油的品质作出规定。第21页/共97页第二十二页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧 燃料燃料(rnlio)(rnlio)的使用特性的使用特性3.3 燃料

19、(rnlio)的使用特性3.3.3 新型燃料的使用(shyng)特性 1.醇类燃料的使用特性醇类燃料的使用特性 （1 1）醇类燃料的特点）醇类燃料的特点 热值低，含氧量大；热值低，含氧量大；汽化潜热数值大，沸点低；汽化潜热数值大，沸点低；有毒性、腐蚀性；有毒性、腐蚀性；抗爆震性好，润滑性差；抗爆震性好，润滑性差；如以混合燃料方式使用，与汽、柴油的相溶如以混合燃料方式使用，与汽、柴油的相溶 性差。性差。第22页/共97页第二十三页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧 燃料的使用燃料的使用(shyng)(shyng)特性特性3.3 燃料的使用(shyng)特性3.3.3 新型(xnxng

20、)燃料的使用特性 1.醇类燃料的使用特性醇类燃料的使用特性 （2 2）醇类燃料的使用方式）醇类燃料的使用方式 混合燃料方式混合燃料方式 双燃料方式双燃料方式 纯燃料方式纯燃料方式 燃料电池燃料燃料电池燃料第23页/共97页第二十四页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧 燃料的使用燃料的使用(shyng)(shyng)特性特性3.3 燃料的使用(shyng)特性3.3.3 新型燃料的使用(shyng)特性 1.醇类燃料的使用特性醇类燃料的使用特性 （3 3）醇类燃料的使用特性与使用方式有关；）醇类燃料的使用特性与使用方式有关；目前没有统一认识；目前没有统一认识；对其固有的理化特性及品质

21、应该有要求。对其固有的理化特性及品质应该有要求。如热值、沸点、密度、腐蚀性和含水量等如热值、沸点、密度、腐蚀性和含水量等 现在已有关于乙醇汽油品质的国家标准。现在已有关于乙醇汽油品质的国家标准。第24页/共97页第二十五页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧 燃料的使用燃料的使用(shyng)(shyng)特性特性3.3 燃料(rnlio)的使用特性3.3.3 新型燃料的使用(shyng)特性 2.气体燃料的使用特性气体燃料的使用特性 （1 1）气体燃料的特点）气体燃料的特点 热值低；热值低；常温下为气态，携带不方便；常温下为气态，携带不方便；形成混合气容易；形成混合气容易；抗爆震性

22、好，润滑性差；抗爆震性好，润滑性差；废气排放好废气排放好 第25页/共97页第二十六页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧 燃料的使用燃料的使用(shyng)(shyng)特性特性3.3 燃料(rnlio)的使用特性3.3.3 新型燃料的使用(shyng)特性 2.气体燃料的使用特性气体燃料的使用特性 （2 2）气体燃料的使用方式）气体燃料的使用方式 纯燃料方式；纯燃料方式；双燃料方式；双燃料方式；混合燃料方式；混合燃料方式；燃料电池。燃料电池。（3 3）气体燃料的使用特性）气体燃料的使用特性 与使用方式有关；与使用方式有关；第26页/共97页第二十七页，共97页。第27页/共97页

23、第二十八页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)燃油在气缸中燃烧情况极为复杂，本质(bnzh)上是激烈的氧化反应。这里只从质量守恒角度，研究燃油和空气中的氧进行化学反应的质量关系。发动机气缸内燃烧过程的复杂，其原因在于：除了燃料的氧化反应之外，实际还伴随许多其他反应；同时进行的过程不仅有成分变化过程，还有传热过程、做功过程；燃烧的条件随活塞运动而变化。第28页/共97页第二十九页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧 3.4 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)燃油成分的表示 发动机所用

24、的汽油或柴油主要由碳、氢、氧组成，其它成分如氮、硫等含量不多，在热计算时不考虑，如以gC、gH、gO分别(fnbi)表示 1 kg燃油中所含碳、氢、氧的kg数，即用质量百分数%表示，则：3.4.1 燃烧使用空气量燃烧使用空气量1、理论空气量理论空气量第29页/共97页第三十页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧燃烧(rnsho)使用使用空气量空气量1、理论空气量理论空气量1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量燃料完全燃烧所需的理论空气量 L0根据化学反应方程，根据化学反应方程，碳燃烧：碳燃烧：第30页/

25、共97页第三十一页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧(rnsho)使用空气量1、理论空气量理论空气量氢燃烧：氢燃烧：第31页/共97页第三十二页，共97页。第三章第三章 燃料与燃烧燃料与燃烧(rnsho)(rnsho)燃烧燃烧(rnsho)(rnsho)热化学热化学3.4 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧(rnsho)使用空气量1、理论空气量理论空气量所以，所以，gC (kg)碳与碳与gH (kg)氢完全燃烧所用氧气为氢完全燃烧所用氧气为1kg 燃料完全燃烧理论空气质量燃料完全燃烧理

26、论空气质量第32页/共97页第三十三页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧 燃烧热化学燃烧热化学3.4 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧(rnsho)使用空气量1、理论空气量理论空气量以以kmol 为单位计算理论空气量，则为单位计算理论空气量，则1 kg 碳完全燃烧需要kmol 氧气1 kg 氢完全燃烧需要kmol 氧气所以，所以，gC (kg)碳与碳与gH (kg)完全燃烧所用氧气为完全燃烧所用氧气为第33页/共97页第三十四页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧 燃烧热化学燃烧热化学3.4 燃烧热化

27、学燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧(rnsho)使用空气量1、理论空气量理论空气量1kg 燃料完全燃烧理论空气量燃料完全燃烧理论空气量gO (kg)氧折合为kmol 单位第34页/共97页第三十五页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧(rnsho)使用空气量2、过量空气系数过量空气系数 理论空气量理论空气量是指理论上使燃油完全燃烧所需要的空是指理论上使燃油完全燃烧所需要的空气量。气量。发动机实际循环中，1 kg 燃油实际供给的空气数量并不总是等于理论空气量Lo。用过量空气系数用过量空气系数 a

28、a 表示实际供给空气的数量表示实际供给空气的数量L与理与理论空气量论空气量Lo之比：之比：第35页/共97页第三十六页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃与燃烧烧3.4 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧燃烧(rnsho)使用使用空气量空气量2、过量空气系数过量空气系数 为使燃油完全燃烧，实际供给空气的数量应该不小于为使燃油完全燃烧，实际供给空气的数量应该不小于理论空气量，即理论空气量，即a a 1。过量空气系数是反映发动机工作过程的一个重要参数，当实际空气量等于理论空气量即理论空气量即 L=Lo，则，则a a=1；a a 1时，表示稀混合气。时，表

29、示稀混合气。过量空气系数过量空气系数 a a 与发动机类型、混合气形成方法、燃料与发动机类型、混合气形成方法、燃料的种类、工况（负荷与转速）、功率调节的方式等因素有关。的种类、工况（负荷与转速）、功率调节的方式等因素有关。第36页/共97页第三十七页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧(rnsho)使用空气量2、过量空气系数过量空气系数 汽油机负荷调节方式是汽油机负荷调节方式是量调节量调节 a a =0.8 1.2 所谓所谓量调节方式是指保持混合气浓度不变，通过调节量调节方式是指保持混合气浓度不变，通过调节进入

30、气缸的混合气数量来适应负荷变化。进入气缸的混合气数量来适应负荷变化。严格地说，这种严格地说，这种情况下，混合气浓度实际仍然是有变化的。情况下，混合气浓度实际仍然是有变化的。汽油机汽油机（电子控制汽油喷射发动机和化油器式）在（电子控制汽油喷射发动机和化油器式）在大负荷时，总是使用浓混合气；在中等负荷时，电子控大负荷时，总是使用浓混合气；在中等负荷时，电子控制汽油喷射发动机控制制汽油喷射发动机控制 a a 1 或稍微低一些。或稍微低一些。第37页/共97页第三十八页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧燃烧(rnsh

31、o)使用使用空气量空气量2、过量空气系数过量空气系数 柴油机负荷调节方式是柴油机负荷调节方式是质调节质调节 a =1.2 2.2 质质调调节节负负荷荷方方式式是是指指通通过过改改变变混混合合气气浓浓度度来来调调节节负负荷荷。柴油机的负荷调节是在基本保持气缸进气量不变情况下，改变气缸喷油量调节负荷，a 的变化范围很大。柴油机混合气形成时间短，浓度不均匀，所以，a 总是大于1 的，即a 1。当然，随着负荷变化，柴油机吸入气缸的空气量也有微小变动。第38页/共97页第三十九页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧燃烧(

32、rnsho)使用空气使用空气量量2、过量空气系数过量空气系数 对柴油机柴油机来说，a 越小，在同样气缸进气量条件下，就可以向气缸多喷油，缸内空气的利用程度高，发出的功率大，发动机的升功率大；a 越大，意味着燃料燃烧比较完全，在同样喷油量情况下，供应的空气充足。无论对汽油机还是柴油机，a a 都都是反映混合气形是反映混合气形成和燃烧完善程度的一个重要指标成和燃烧完善程度的一个重要指标。第39页/共97页第四十页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧(rnsho)使用空气量3、常规燃料的理论空气量常规燃料的

33、理论空气量 汽油的平均质量成分为：gC=0.855；gH=0.145；gO=0.000 柴油的平均质量成分为：gC=0.870；gH=0.126；gO=0.004 分别将汽油和柴油的平均成分代入理论空气量的计算公式中，可得汽油和柴油的理论空气量分别为14.9（kg 空空气气/kg 汽油）和汽油）和14.5（kg空气空气/kg柴油）柴油）。第40页/共97页第四十一页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧(rnsho)使用空气量4、空燃比空燃比1913空然比空然比.MPG 除了过量空气系数a 外，还常用燃烧时空气质

34、量燃烧时空气质量与燃料质量的比例即空燃比（与燃料质量的比例即空燃比（A/F）表示混合气浓）表示混合气浓度度：第41页/共97页第四十二页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃与燃烧烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.1 燃烧(rnsho)使用空气量4、空燃比空燃比 应用空燃比比较直观方便，其数值即为对实际供给空气量的千克数。对 1 kg 燃料，有 当当a a=1=1，即按理论空气量燃烧时，该空燃比称为理论空即按理论空气量燃烧时，该空燃比称为理论空燃比。燃比。混合气的空燃比大于理论空燃比时为稀混合气，小于理论空燃比时为浓混合气。第42页/共97页第四十三页，共97

35、页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.2 完全(wnqun)燃烧时的燃烧产物1、进入气缸的气体数量进入气缸的气体数量 对汽油，在混合非常充分时，燃料全部蒸发，混合气由空气和燃料蒸汽组成。若燃料平均分子量为MrT，混合气过量空气系数为a，则1 kg 燃料完全蒸发形成混合气的摩尔数为M1第43页/共97页第四十四页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.2 完全(wnqun)燃烧时的燃烧产物1、进入气缸的气体数量进入气缸的气体数量 对对柴油柴油，燃烧体系中既有混

36、合气，又有燃料液，燃烧体系中既有混合气，又有燃料液滴，只有部分燃料形成蒸汽，混合气的摩尔数计算滴，只有部分燃料形成蒸汽，混合气的摩尔数计算比较复杂。根据液体体积小，燃油量比空气少的特比较复杂。根据液体体积小，燃油量比空气少的特点，忽略燃料蒸汽及液态燃料的体积，则过量空气点，忽略燃料蒸汽及液态燃料的体积，则过量空气系数为系数为 a a 时混合气的摩尔数时混合气的摩尔数M1为为第44页/共97页第四十五页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.2 完全燃烧(rnsho)时的燃烧(rnsho)产物2、完全燃烧后的气体数量完全燃烧

37、后的气体数量 当燃料完全燃烧，则燃烧产物的主要成分是不当燃料完全燃烧，则燃烧产物的主要成分是不参与燃烧氮气参与燃烧氮气 N2、二氧化碳、二氧化碳CO2、水蒸气、水蒸气H2O和和剩余氧气剩余氧气O2。若忽略次要的其它成分，则根据化。若忽略次要的其它成分，则根据化学反应式，可求得学反应式，可求得燃烧产物的摩尔数为燃烧产物的摩尔数为M2第45页/共97页第四十六页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.2 完全燃烧(rnsho)时的燃烧(rnsho)产物2、完全燃烧后的气体数量完全燃烧后的气体数量 燃烧前后的燃烧体系有摩尔数增量

38、DM 摩尔数增量摩尔数增量 D DM 0 时，气缸可以因气体数量时，气缸可以因气体数量增加而额外多做功。增加而额外多做功。第46页/共97页第四十七页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.3 燃料燃料(rnlio)的热值与混合的热值与混合气热值气热值1、燃料热值燃料热值 在标准状态标准状态（压力为1.013105 k Pa，温度为25 ）下，1 kg 燃料完全燃烧所放出的热量，称为燃料的热值燃料完全燃烧所放出的热量，称为燃料的热值，通常由实验测定。由于燃烧产物中有水蒸汽，在水蒸汽没有凝结时，水的汽化潜热也不会释放，所以燃

39、料热值有两个：若水蒸汽没有凝结，燃烧热量不包含水的汽化潜热，则此燃料热值称为燃燃料低热值料低热值 QL；水蒸汽凝结后，燃烧热量包含水的汽化潜热，则此燃料热值称为燃料高热值燃料高热值 QH。第47页/共97页第四十八页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.3 燃料(rnlio)的热值与混合气热值1、燃料热值燃料热值 两者的关系为式中，HV为标准状态下水的汽化潜热。内燃机排气温度较高，水的汽化潜热不可能利用，故分析计算时多用低热值。第48页/共97页第四十九页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃

40、烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.3 燃料燃料(rnlio)的热值与混合气热的热值与混合气热值值2、混合气热值混合气热值 发动机工作循环吸收的热量与燃料热值、循环燃料消耗量、发动机工作循环吸收的热量与燃料热值、循环燃料消耗量、混合气形成方式、混合气浓度及品质、燃烧方式和燃烧的完混合气形成方式、混合气浓度及品质、燃烧方式和燃烧的完善程度等因素有关。在完全燃烧条件下，发动机循环燃料消善程度等因素有关。在完全燃烧条件下，发动机循环燃料消耗量有一定的范围，受到气缸循环进气量的制约。耗量有一定的范围，受到气缸循环进气量的制约。混合气浓度反映气缸循环进气量和循环燃料消耗量两个因素混合气浓度反映

41、气缸循环进气量和循环燃料消耗量两个因素对发动机工作循环吸收的热量的影响。在气缸进气量一定时，循对发动机工作循环吸收的热量的影响。在气缸进气量一定时，循环燃料消耗量的变化即是混合气浓度的变化环燃料消耗量的变化即是混合气浓度的变化第49页/共97页第五十页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.3 燃料(rnlio)的热值与混合气热值2、混合气热值混合气热值 混合气热值是指单位体积或单位摩尔数的混合气在完全燃烧放出的热量，其计量单位为kJ/m3（标）或kJ/kmol。气缸进气量一定（即气缸工作容积和充气效率都确定），则发动机工

42、作循环吸收的热量完全取决于燃料热值和可燃混合气浓度。燃料热值和可燃混合气浓度的综合影响以可燃混合气热值来体现。第50页/共97页第五十一页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.4 燃烧热化学(huxu)3.4.3 燃料(rnlio)的热值与混合气热值2、混合气热值混合气热值 1 kg 燃料形成的可燃混合气完全燃烧可放出的热燃料形成的可燃混合气完全燃烧可放出的热量为量为QL，可燃混合气的摩尔数为，可燃混合气的摩尔数为M1，故混合气热值，故混合气热值Qmix为：为：Qmix=hu/M1=hu/Qmix=hu/M1=hu/（a a Lo+I/Mrt）混合气热值

43、与混合气浓度即过量空气系数混合气热值与混合气浓度即过量空气系数a a 有关，有关，a a =1 的混合气热值称为理论混合气热值。的混合气热值称为理论混合气热值。第51页/共97页第五十二页，共97页。第52页/共97页第五十三页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.5 燃料的燃烧燃料的燃烧(rnsho)过程过程3.5.1 概述概述(i sh)根据化学知识，燃料的燃烧是一种气相中进行的化学反应。支配燃烧过程的规律有：质量守恒定律质量守恒定律：各种参与反应物质的元素量在燃烧前后是守恒的；质量作用定律：质量作用定律：即反应速度与反应物的浓度或数量有密切联系；燃

44、料着火燃烧的机理符合有退化分支的链反应退化分支的链反应等规律。第53页/共97页第五十四页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.5 燃料的燃烧燃料的燃烧(rnsho)过过程程3.5.1 概述概述(i sh)燃料在燃烧的初期，存在一个物理和化学的准备阶物理和化学的准备阶段段，燃料从固相或液相变为燃料从固相或液相变为气相气相，并与空气中的氧气相混与空气中的氧气相混合合。由于外部能量的引入如点火点火，从而出现明显的燃烧燃烧现象，发出光和热光和热。随后，因燃烧放出热量，反应体系的活性粒子数量急剧增加，燃烧反应得到加速燃烧反应得到加速。接下来，随着反应物减少，生成

45、物增加，燃烧反应减速生成物增加，燃烧反应减速。在时间足够长，反应体系外部条件稳定不变等情况下，反应体系的状态进入化学反应平衡和热力平衡。化学反应平衡和热力平衡。第54页/共97页第五十五页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.5 燃料(rnlio)的燃烧过程 全部燃烧过程，包括混合气形成、着火准备、明显燃烧和化学反应平衡等四个阶段。在发动机中，由于转速较高，并有排气过程，因此发动机中的燃烧时不可能达到化学反应平衡。另外，在习惯上，把混合气形成阶段看作为独立(dl)过程，称作混合气形成过程，并将着火准备阶段称为着火延迟阶段。3.5.1 概述概述第55页/共

46、97页第五十六页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.5 燃料燃料(rnlio)的燃烧过程的燃烧过程3.5.2 混合气形成混合气形成(xngchng)过过程程 燃烧反应是燃烧反应是气相反应气相反应，而化学反应是在分子层面上通而化学反应是在分子层面上通过分子的碰撞进行的，因此，燃料的燃烧需要经过将燃料成过分子的碰撞进行的，因此，燃料的燃烧需要经过将燃料成分转变为气态的阶段。分转变为气态的阶段。对液态燃料，由液态可以经过蒸发汽化转变为气态。在有限的时间内使一定数量的燃料完全蒸发，需要一定的条件，即燃料有足够的表面积足够的表面积、有足够高的温度和相当高的有足够

47、高的温度和相当高的扩散混合速度扩散混合速度。为了能够燃烧，所形成的混合气浓度必须在一定的浓度范围。第56页/共97页第五十七页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃与燃烧烧3.5 燃料(rnlio)的燃烧过程3.5.2 混合气形成(xngchng)过程 在发动机中，由于混合气形成时间极其短暂，因此，采取雾化（喷射、化油器）等手段增加燃料的表面积。雾化是指燃料粉碎为细小的颗粒即油滴，极大地增雾化是指燃料粉碎为细小的颗粒即油滴，极大地增加其表面积的过程加其表面积的过程。燃料雾化后，其表面积可以增加上千倍，大大地提高了蒸发速度。将燃料喷散为大量细小的油滴时，油滴的平均直径

48、越小，空气的温度越高，蒸发时间越短，混合气形成速度越快。第57页/共97页第五十八页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃与燃烧烧3.5 燃料的燃烧(rnsho)过程3.5.2 混合气形成(xngchng)过程 为了使燃料具有足够高的温度，一般通过提高燃料粒子的环境温度，对燃料进行加热。燃料受热蒸发的速度取决于其汽化潜热和蒸发温度汽化潜热和蒸发温度，并受到扩散速度扩散速度的制约。在汽车发动机中，为了加快燃料的蒸发速度，需要组织空气的运动组织空气的运动，促使已蒸发的燃料向外扩散，形成混合气；同时使混合气变得均匀。第58页/共97页第五十九页，共97页。第三章第三章 燃

49、料燃料(rnlio)(rnlio)与燃与燃烧烧3.5 燃料(rnlio)的燃烧过程3.5.2 混合气形成(xngchng)过程 汽油汽油的沸点及饱和蒸汽压低，汽化潜热小，故蒸发性强，混合气形成快混合气形成快，形成混合气的手段多。汽油机用化油器方式或汽油喷射方式形成混合气，除加热外，一般不采取更多的辅助手段。柴油柴油的沸点及饱和蒸汽压高，汽化潜热大，故蒸发性差，形成混合气速度慢形成混合气速度慢。所以，柴油机采取较大的压缩比采取较大的压缩比以提高压缩终了温度即蒸发温度、缸内高压喷射高压喷射使燃油颗粒细化以增加蒸发面积、组织进气运动以加强燃料与空气混合等辅助手段，帮助实现混合气形成。第59页/共97

50、页第六十页，共97页。第三章第三章 燃料燃料(rnlio)(rnlio)与燃烧与燃烧3.5 燃料(rnlio)的燃烧过程3.5.2 混合气形成(xngchng)过程 只有混合气浓度在一定浓度范围（可燃混和气）时，只有混合气浓度在一定浓度范围（可燃混和气）时，混合气才能够着火并燃烧，过浓或过稀的混合气不能混合气才能够着火并燃烧，过浓或过稀的混合气不能着火或燃烧。着火或燃烧。着火燃烧的浓度范围称为着火界限或燃烧界限，浓度在着火界限或燃烧界限内的混合气称为可燃混合可燃混合气气。着火界限与混合气的温度、压力以及其它一些因素着火界限与混合气的温度、压力以及其它一些因素有关。有关。第60页/共97页第六十