第2章 油气燃料的物理化学性能

T n 0 ( ) T0 n — 修正系数， T0 273K
混和气体热导率：实验测定。
表2-8
2.2 气体燃料的物理化学性能
二．临界参数与状态方程
1．临界参数
气体降温压缩后会液化。
饱和气态
等压 增加
饱和液态 （相变过程：气、液共存）


T Tc T Tc T Tc
2.1 油质燃料的物理化学性能
闪点的用途 a. 判断着火难易程度； b. 估计轻质馏分的多少； c. 火灾安全标志。
2.1 油质燃料的物理化学性能
2. 燃点
油蒸气浓度增加到一定程度，遇火源，发生持续燃烧， 时间不少于5s时所对应的最低温度。
燃点 闪点 10 ~ 30℃
3. 自燃点
（着火点）
m M N
( kg/kmol) ——假拟摩尔质量
M eq 0.01 yi Mi
m mi N i M i M eq 0.01 yi M i N N N ( yi Ni / N 100)
2.2 气体燃料的物理化学性能
密度

0
M eq Vmo
( kg/m3) ——标准状态下平均密度
d
0
0 0.01 zi i0
湿燃气：
0 w 0
1.293 1.293 Vmo

M eq
——相对密度
0.833 ( d g ) 0.833 d g d g ——每m3气体燃料中水蒸汽质量（kg/m3)
2.2 气体燃料的物理化学性能
3.比热容、热导率
比热容
单位物量的物质温度升高（或降低）1K所吸收 （或放出）的热量。 质量比热容 体积比热容
永远不会液化。
—— 低于某一温度。
临界温度Tc
在一定压力下液化。 处于临界状态（不存在压力不变的相 变过பைடு நூலகம்，即非液相也非气相。）
2.2 气体燃料的物理化学性能
临界状态
Tc , Pc , c ,Vc
——表2-9，图2-2
Tc
越高，越易液化。
2.2 气体燃料的物理化学性能
临界状态
Tc , Pc , c ,Vc
2.1 油质燃料的物理化学性能
三．传热性能
1. 比热容
比热容和热传导率
每kg燃油温度升高1℃时所需要的热量。
C kJ /(kg ℃)
重油： C 1.8 ~ 2.1kJ /(kg ℃) t C
C 1.73 0.0025 t
kJ /(kg ℃)
2.1 油质燃料的物理化学性能
2. 热传导率 物质导热能力大小。单位温度梯度下所产生的热 流密度。 W /(m ℃)
Qnet ,v ,ar Qgr ,v ,ar
9 H ar M ar 2500 ( ) Qgr ,v ,ar 25(9 H ar M ar ) 100 100
2500 0℃时， 1kg饱和水蒸气冷却至饱和 水放出的气化潜热。
M ar 1kg 燃料中水分质量 100 H ar 1kg 燃料中氢气质量 100
在缓慢氧化作用下，自行着火燃烧时对应的燃油温度。 轻质油，自燃点高；重质油， 自燃点低。
自燃点与油品种类及成分的关系 如：汽油 > 400℃；渣油 250℃ 自燃点与压力的关系
压力高，自燃点降低。
如：柴油发动机、汽油发动机在高原地区难于着火。
2.1 油质燃料的物理化学性能
4. 爆炸极限
油品蒸气在空气中占到一定比例，遇明火发生爆 炸对应的浓度范围。存在爆炸上限和爆炸下限。 轻质油，爆炸范围小；重质油，爆 炸范围大。
—— 体胀系数
t
V
V V1[1 (t t1 )]
2.1 油质燃料的物理化学性能
二．流动性能
1. 粘度
衡量 影响
粘度和凝点
流体在剪切力作用下，产生连续不断的变形以抵抗外力。 流体质点之间的摩擦力 燃油的输运和雾化 相邻两层运动流体之间，垂直于运动方向的单位速 度梯度的流体切应力。
动力粘度
燃油的掺 混适应性
2.2 气体燃料的物理化学性能
单一成分气体组成的混合气体。
计算或实验测定 物理化学性能是工程设计计算的基础，通过实验测定。
一．基本热物理性质
1.混合气体成分的表示方法——体积分数、摩尔分数、质量分数 CO2、O2、N2、CH4：理想气体（常温常压） 混合气体：理想气体 压力： 容积：
2.1 油质燃料的物理化学性能
2. 四种分析基准之间的换算
高位热值
表1-2
Qgr ,v ,ar
100 M ar Qgr ,v ,ad 100 M ad
低位热值
先换算成高位热值后，再进行。 ？
例：已知 Qnet ,v ,ad ，求 Qnet ,v ,ar 分析： Qnet ,v , ad
Qgr ,v,ad
——表2-9，图2-2
2.1 油质燃料的物理化学性能
六．其他理化性能——不利的影响
灰分、机械杂质
在燃油中占1%；燃烧过程中形成强粘结性的固体 残存物；高温腐蚀；油喷嘴和阀门的堵塞及磨损， 用过滤器滤除。
硫分
SO2，SO3
+H2O
大气污染的主要污染源
H2SO4 等，腐蚀金属
水分
降低燃油热值和设备热效率；加剧了油泵的汽蚀。
C — kJ /(kg K )
C — kJ /(m3 K )
摩尔比热容 MC — kJ /(kmol K )
MC M C 22.4C
2.2 气体燃料的物理化学性能
比热容 影响因素：1）本身性质：摩尔质量大，分子结构复杂的气体， 比热容大，表2-6。如：CH4
400℃ Cp=2.018kg/(m3K)
i i
燃烧反应计算 （%） （%）
yi Ni / N 100
y
i
100
2.2 气体燃料的物理化学性能
3）体积分数：
V Vi
zi Vi / V 100
（%） （%）
气体
z
yi zi
i
100
2.2 气体燃料的物理化学性能
2.摩尔质量和密度
分子量，M —— g/mol 或 kg/kmol 摩尔质量
2.1 油质燃料的物理化学性能
不同场合、不同喷嘴对燃油粘度是有要求的； 重油使用时需预热。
2.1 油质燃料的物理化学性能
2. 凝点 油品完全丧失流动能力时的温度。 试管倾斜45°、油面5-10秒保持不变时对 应的油品温度。
测定的标准方法
粘度 相对分子量 沸点
如：汽油 -80℃；柴油 -50～30℃；重油 15～36℃ 预热 凝点 流动 性能
C2H 6 400 ℃ Cp=3.308kg/(m3K)
2）热力过程
定压体积比热容
定容体积比热容
C p 0.01 ziC pi
C p Cv
k
Cp Cv
Rm 8.3143 0.371 22.4 22.4
迈耶公式
绝热指数（表2-7） k 0.01
z k
i i
2.2 气体燃料的物理化学性能
>3%：燃烧不稳定； >5%：熄火;
故：要求水分含量<2%
2.1 油质燃料的物理化学性能
残炭
燃油在无氧条件下加热后形成的固体焦炭残留物。
造成喷嘴的堵塞和磨损影响雾化质量，影响稳定燃烧； 不同含量要求不同的喷嘴。 油品掺混后是否出现分层、沉淀的倾向表明其掺混适应 性的好坏。 掺混适应性的测定。 如：裂化重油掺混适应性差；直馏重油掺混适应性好。
（绝对粘度）
du F t dy
t Pa s
2.1 油质燃料的物理化学性能
运动粘度
t t
恩氏粘度
（条件粘度）
kg / m3 t m2 / s t Pa s
我国工程技术部门、商业部门常用的粘度指标。
° E
200m l, t℃燃油通过恩氏粘度计所 用时间 200m l,20℃蒸馏水通过同一恩氏粘 度计所用时间
裂化渣油：20
2.1 油质燃料的物理化学性能
四．着火及爆炸性能
1. 闪点
闪点、燃点、自燃点、爆炸极限
油蒸气与空气的混和物，遇火源发生瞬间闪火现象所 对应的燃油最低温度。
火灾安全标志
测定方法
闭口杯法（闪点较低的油品：汽油、柴油） （15～25℃） 开口杯法（闪点较高的油品：重油、润滑油）
相对分子量越小、沸点越低，闪点 也越低。 如：柴油闭口闪点 65℃；重油开口闪点 80～130℃；渣油 250℃ 闪点与油品种类及成分的关系 闪点与压力的关系 压力降低，闪点降低。
影响其输运、储存 及燃烧使用性能。
第2章 油气燃料的物理化学性能
热物理性质 流动性能 传热性能 着火及爆炸性能 温度、压力
2.1 油质燃料的物理化学性能
各种油质燃料元素成分基本接近，但不同燃料物理化学性能及 燃烧性能差别很大。
一．热物理性能
1.相对密度
相对密度和热膨胀性
4 20 —— 基准 d4
相对于4℃时纯水的密度而言。d t
爆炸极限与油品种类的关系
如：汽油、煤油 爆炸下限 1%～1.4%，爆炸上限 6%～7.5%； 原油、重油 尚无资料；
大庆油田 爆炸下限 1.71%，爆炸上限 11.26%
爆炸极限与温度的关系 闪点——爆炸的温度下限。
2.1 油质燃料的物理化学性能
五．热值
Q kJ / kg
1kg燃料油完全燃烧后，再冷却至原始基准温度时释放的全部热量。
比热容
影响因素： 3）温度
t
如：N2 0℃
C
Cp=1.298kg/(m3K)
600 ℃
Cp=1.344kg/(m3K)
2.2 气体燃料的物理化学性能
热导率 在单位时间内，当沿热流方向的单位长度上温度 降低1K时允许传导的热量。——传导热量的能力
— W /(m K )
温度的影响最为显著：
T

2.1 油质燃料的物理化学性能
Qnet ,v,ar Qgr ,v,ar 25(9Har M ar )
Qnet,v,ad Qgr ,v,ad 25(9Had M ad ) Qnet,v,d Qgr ,v,d 25 9Hd Qgr ,v,d 225Hd Qnet,v,daf Qgr ,v,daf 25 9Hdaf Qgr ,v,daf 225Hdaf
t 20 d4 d4 (t 20) 20 d t 4 d4 1 (t 20)
20 柴油：d 4 0.831 0.862

—— 温度修正系数

—— 体胀系数
20 重油：d 4 0.94 0.98
相对密度
H
C
热值
2.1 油质燃料的物理化学性能
2.热膨胀性

Qgr ,v,ar
Qnet ,v,ar
2.1 油质燃料的物理化学性能
油品热值的估算 门捷列夫公式
Qnet,v,ar 339Car 1030Har 109(Oar Sar ) 25M ar
Qnet,v,ar 46415 .6 3167 .7 8790 2
油品在 15℃时的密度， kg/L
高位热值 低位热值
包括燃烧产物中水蒸汽冷却凝结后放出的气化潜热。Qgr ,v 扣除了水蒸汽的气化潜热。 Qnet ,v
Qgr ,v Qnet,v 水蒸气的气化潜热
测量 测热计
2.1 油质燃料的物理化学性能
换算
1. 四种分析基准下燃油高、低位热值之间的换算
Qnet,v Qgr ,v 水蒸气的气化潜热
P P i V Vi
（道尔顿分压定律） （亚美格分容积定律）
道尔顿分压定律+气 体状态方程导出 实验证实
2.2 气体燃料的物理化学性能
理想气体混合物的热力性质与各组分气体的成分有关。 1）质量分数：
m mi
xi mi / m 100
（%） （%）
液、固体
x 100 2）摩尔分数： N N
6.31 t 7.31° E ° E
(mm2 / s)
2.1 油质燃料的物理化学性能
粘度的影响因素 a. 粘度与燃油成分 相对分子量小、沸点低 粘度低
如：汽油 煤油 柴油 重油 粘度 低 b. 粘度与温度 c. 粘度与压力 温度升高 P<5 MPa P>5 MPa 忽略 压力升高 粘度升高 （高沸点油该趋势更加明显） 高 20、60、100、200 （50℃时的恩氏粘度） 粘度减小 （图2-1）
重油： 0.128 ~ 0.161 W /(m ℃)
t、d420
λ
5 5 . 46 10 20 d4 0.75 ~ 0.85 0.111 (t 20) 20 d4 20 d4 0.85 t 20 k (t 20)
0.158 W /(m ℃) k 0.00021 W /(m ℃) k 0.00013 直馏燃料油： 20 0.145