c第三章 燃料与燃烧

总结
1、着火 汽油机：点燃，高温单阶段自燃。 柴油机：压燃，低温多阶段自燃。 2、燃烧 汽油机：预混气体中的紊流火焰传播。 柴油机：前期，准预混合气体的燃烧； 后期，扩散燃烧。
第三章 复习思考题
1、石油燃料中碳原子数目与理化性质的变化趋势有什么 规律？ 2、汽油、柴油的主要使用性能指标有哪些？用什么参数 表示？ 3、什么是理论空气量？什么是过量空气系数？什么是空 燃比？它们之间有什么关系？如何计算？ 4、什么是热着火理论？什么是连锁反应理论？连锁反应 有哪几个基本阶段？各阶段有什么特点？ 5、汽油机燃烧过程中紊流火焰传播速度高还是层流火焰 传播速度高？为什么？ 6、由燃烧基本理论说明汽油机和柴油机的着火和燃烧各 有什么特点和区别？
三、汽油、柴油性能差异对发动机的影响 1、混合气形成 汽油蒸发性好，可在气缸外部混合； 柴油蒸发性差，粘性好，宜高压喷射雾化。 2、着火和燃烧 汽油自燃温度高，不适合压燃，适合于点燃， 要防止自燃；燃烧是以火焰传播的方式进行。 柴油易自燃，着火用压燃方式；燃烧的前期 是预混合气体的燃烧，中后期是扩散燃烧。
Qmix = M1 = 1 αL0 + M rT
第四节 燃烧的基本知识
一、着火过程 着火：指混合气反应自动地加速，并产 生温升，以致引起空间某一位置或最终 在某个时刻有火焰出现的过程。 自燃：自发着火。 点燃：强制着火。
1、烃的氧化反应
m m Cn H m + n + O2 = nCO2 + H 2O 4 2
烃的反应速度与时间的关系 诱导期τi：链引发 链引发不一定必须是高源自文库 自动加速（A-B），自动减速（B-C） 加入催化剂可影响反应速度
2、自燃 是指具有适当的温度、压力的可燃混合 气，在没有外部能量引入的情况下，依 靠自身的反应自动加速，并自发地引起 火焰的过程。
热着火理论：加热→分子或原子的温度↑ → 动能E↑ →E>E*时→活性中心→遇到反 应物发生反应→放热→加热其它分子或 原子。 热着火的临界条件： q1 ≥ q2
第二节 燃料的使用特性
一、柴油
1、十六烷值----自燃性指标 正十六烷：十六烷值=100 α-甲基奈：十六烷值=0 十六烷值高：自燃性好，混合、燃烧好 十六烷值过高：燃烧不良、易冒烟 十六烷值低：着火困难、工作粗暴 一般希望十六烷值=40-60
2、馏程----蒸发性 馏程：燃料馏出量随温度变化的关系 t50↓→冷起动性好 t90、t95↓→难以蒸发的重馏分少 3、粘度----流动性指标 粘度↓→雾化好 粘度↓↓→不利于密封和润滑 4、凝点----低温流动性 标号=凝点温度，10、0、 - 10、-20、-35
第三节 燃烧热化学
在化学反应方程式的基础上找出燃烧前、 后，燃料、空气、燃烧产物之间数量的 关系。
一、1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量
理论空气量： 1kg燃料完全燃烧所需的空气量。 燃料质量成分：gC+gH+gO=1 空气含氧：体积计21%，质量计23% C+O2=CO2；H2+1/2O2=H2O
第三章 燃料与燃烧
第一节 发动机的燃料
传统燃料：汽油、柴油。 石油的炼制品，主要成分是C和H，以 烃类物质形式出现。 代用燃料：压缩天然气(CNG)、液化天然 气(LNG)、液化石油气(LPG)、二甲醚(DEM)、 乙醇、甲醇、氢气等 。 其中CNG、 LPG使用较多。
烃分子中碳原子数的影响
分析
1）着火温度不仅与反应物的物性有关，而且与环境 温度、压力、容器形状、散热情况等有关。 2）临界温度和压力影响着火区域。 3）存在一个可燃混合物着火的浓度界限。
烃的低温多阶段着火
冷焰诱导期τ1：产生过氧化物和乙醛。 冷焰期τ2：产生甲醛，少量放热。 蓝焰期τ3：产生CO，CO遇到O2形成热火焰，大量放热。 当温度较高时，τ1和τ2不明显，直接到τ3→高温单阶段自 燃。
链锁反应：一次反应完成后产生同量的或多量的活性中心，使反 应得以继续或加速进行。 链引发：反应物受某种因素激发产生自由原子或自由基等活性中 心的过程。 链传播：自由原子或自由基反应后产生新的自由原子或自由基。 直链传播：一次反应完成后产生同量的活性中心。 支链传播：一次反应完成后产生多量的活性中心。 链中断：活性中心遇到壁面或惰性物质，使其反应能力下降，失 去活性。
三、α>1时完全燃烧产物的数量
1、燃烧前混合气的数量M1 汽油机：M1=αL0+1/MrT 柴油机：M1= αL0 2、燃烧产物数量M2 M2=αL0+gH/4+gO/32 M2> M1
四、燃料热值和混合气热值
1、燃料热值 定义：1kg燃料完全燃烧所放出的热量。 高热值：燃料热值中包括水的汽化潜热。 低热值h：燃料热值中不包括水的汽化潜热。 2、混合气热值Qmix 定义： 1kmol可燃混合气完全燃烧所放出的 热量。 kJ/kmol h h
二、过量空气系数α（λ）
α定义：燃烧1kg燃料实际提供的空气量L与 理论空气量L0之比。 α=L/L0 汽 油 机：α=0.6-1.2 高速柴油机：α=1.2-1.6 增压柴油机：α=1.8-2.2
空燃比A/F：燃烧时空气量与燃料量之比。 A/F=空气量/燃料量=αL'0 燃空比F / A：燃烧时燃料量与空气量之比。
3、点燃 利用电火花在可燃混合气中产生火焰核 心并引起火焰传播的过程。 点火能量>最小值 熄火距离
二、在预混气体中的火焰传播
汽油机的燃烧方式 1、层流火焰传播，vL=0.4-0.5m/s
2、紊流火焰传播
vT=20-70m/s 宏观紊流使火焰前锋面产 生弯曲和皱褶，反应面积 增大； 微观紊流使传热系数增大； 强紊流使火焰前锋面破裂， 产生传质作用，火焰厚度 增加。
gC kg的C燃烧需氧：gC /12 kmol gH kg的H燃烧需氧：1/2×gH /2=gH/4 kmol
1 gC g H gO + 理论空气量：L0 = kmol/kg 0.21 12 4 32 1 8 kg/kg ' L0 = gC + 8g H gO 0.23 3
二、汽油
1、辛烷值
辛烷值---抗爆性指标，辛烷值高，抗爆性好。 异辛烷：辛烷值=100 正庚烷：辛烷值=0 测定方法：研究法（RON）、马达法（MON） 辛烷指数（ONI）= RON/2+ MON/2 添加四乙铅可提高辛烷值，但产生铅排放 汽油标号=辛烷值
2、馏程 t10 ：轻质成分含量， t10↓→冷起动性好 t50：平均蒸发性，t50↓→加速性好、工作稳定 t90：重质成分量，t90↓→利于燃烧、不易积碳
四、醇类燃料
热值低、含氧量高，混合气热值与汽、柴 油相近。 汽化潜热是汽油的3倍，进气温度降低， 进气量增加；冷天需要预热进气。 辛烷值高，抗爆性好。 常温下与汽油难混合，需添加互溶剂。 甲醇对人的视神经有损害。
五、气体燃料
1、压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)，主要 成分是甲烷。 低排放；辛烷值高；稀燃下限宽；低温运转性 能好；汽、柴油机都可用，PM=0。 储运性差； CNG压力高；最大功率下降。 2、液化石油气(LPG)，主要成分是丙烷、丙烯。 特点和CNG类似。 使用时汽化吸热，气温低时需加热。
三、油滴与喷雾燃烧
特点：非预混的、不均匀的扩散燃烧。 1、油滴的蒸发与燃烧
2、喷雾燃烧
比单个油滴复杂 油滴直径<10m：连续的蓝色抛物面形状火焰。 油滴直径=20-40m：在连续的火焰中有单独的扩散 燃烧点出现。 油滴直径>40m： 不连续，扩散燃烧。 燃料高温缺氧、容易 脱氢生成碳烟。