Основы термодинамики и кинетики химических реакций Иноземцев Н.В. (1013665), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Ввиду того, что расхожденпе достаточно большое, необходимо задаться другой температурой, очевидно большей, и произвести новый расчет по той же схеме. В результате двух-трех подобных расчетов можно с достаточной точностью определить температуру Т, с учетом диссоциацин. Для нашего случая эта температура оказывается равной Т,— 2800' абс. 172 Подставляем все данные в уравнение сгорания с учетом диссоцнации: (1,1+0073) (5,17+0,000753 Т) Т,=(4,625+0,00053 ° 625) 625+ + 0,073 (5,17+ 0,000753 625) 625+ 0,46 — 0,045 ' ° 58500 — 0,12 ' 68200.
0,46 0,46 Давление газов будет Р, = 1,075 8,? = 41,8 ата. 2800 675 Таким образом, благодаря диссоциации газов в цилиндре двигателя температуры понижается на — 200' и давление †— 3 ата. Следует иметь в виду, что в действительности, ввиду наличия других потерь, как то: теплоотдачи в стенки, неполноты горения, увеличения объема в процессе сгорания, температура и давление будут иметь еще меньшие значения. Пример ЗЗ.
Определить понижение температуры и давления в конце видимого сгорания двигателя дизеля (цикл Сабатэ) за счет диссоциации СОз и Н,О. Мощность двигателя Же=80 л. с. при и=1200 об./мин. Топливо: газойль,состоящий из С=0,85, Н=0,14, О,„= 0,01, теплотворная способность Н,=10 400 кал./кг. Кроме того, даны или вычислены с йомощью теплового расчета следующие величины: У. = 0,815 моль/кг. топ.; т=0,035; 1=1,6; г«=1,043; Т,=813' абс.; Р,=35 ата; СО,=0,0708 моль/кг. топ.; Н,О=0,07 моль/кг. топ.; 0,=0,063 моль/кг. топ.; 51«=0,644 моль,'кг. топ.; А4„,=0,85 моль/кг.
топ.; (А«+ — Т)ь=4 625 + 0*00053 Т' В 2 (А., + — Т)„, =4,95 + 0,000695 Т; В 2 (Ар + — Т)п. «,=6,93+ 0,000695 Т. В . 2 Уравнение сгорания без потерь на линии сгорании С вЂ” Е цикла Сабатэ имеет вид: Ро+ т) (А + — Т,)„, Т,=(А+ — Т,)„Т+ В,, В +; ~А„+ — Т,1 . Т,+1. 1,985(1+1)Т,+ — ". г В Н„ ««« Подставляя цифровые значения в это уравнение, получим: (1 043 + 0 035) (6 93 + 0 0006о5 Т,) Т,=(4,625 + + 0,00053+813) 813 + 0,035 (4,95 + 0,000695 .
813) 813 + + 1,6 . 1,985 (1 + 0,035) + 0,815 1?з откуда Т,=2168' абс. 0 Давление в конце сгорания определится по соотношению: Р,=Р,— — '- . Т, Действительный коэфициент молекулярного изменения: 8 йо+ 7 1 043+ 0 035 1+ т 1+ 0,035 Степень предварительного расширения: Т, 1,041 2168 Л Т, 1,6 813 Таким образом, 1,041 2168 Р,=35 ' .
— =56,1 ата. 1,735 813 Полученные значения Т, и Р, соответствуют сгоранию по циклу Сабатэ без учета потерь. Произведем расчет сгорания с учетом потерь тепла на диссоцнацию. Обозначим через ан,о долю разложившихся молей Н,О и через асо, — долю разложившихся молей СО, в конце сгорания (точка Л). Примем тепловые эффекты для 1 моля СО, — 68300 кал.1моль и для Н,Π— 58500 кал.)моль. Уравнение сгорания с учетом диссоциации газов примет вид: (~о + 1) (Ал+ — Тг)пс ' Т~=(Аэ+ — Тс))) . Т + 7 (Ао+ В В + — Т,)„, Т, + Л 1,985 (1+ т) .
Т, + —," — ссн,о ' 58500— — асо, ' 68200. А4со, 3 Величины ан,о и псо, подсчитываем при соответствующих парциальных давлениях, которые определяем по соотношениям: Рсо,=Р, — ' =56,1 ' =4,67 ата; А(со, 0,0708 М„0,85 174 Рн,о=Р, " =56,1 — '-=4,61 ага. 71(н.о 0,07 М„, 0,85 Так как а=у(Т), то уравнение сгорания с учетом диссоциации приходится решать путем подбора ан,о, васо, и Т, подобно тому, как это было сделано в предыдущем примере. Однако, в отличие от карбюраторного двигателя (цикл Отто), при расчете двигателя дизеля (цнкл Сабатэ) парциальные давления Рсо, и Рво при пренебрежении небольшими изменениями чисел молей СО, и Н,О, будут оставаться постоянными при разных Т,.
Изменению будет подвергнута лишь степень предварительного расширения р. В результате нескольких подборов температура Т„с учетом потерь тепла на диссоциацню, оказалась равной Т,=2150'абс. При этой температуре константы равновесия Ксо, и Кн,о, определенные по приближенным формулам Нернста, имеют значения: Ксо,=5 10 ', Кн,о=9,16 10-". Соответственно, степени диссоцнации, определенные по формуле: (100 — а)'(200+ а) оказались равными: эсо,=2,74~(~ ан,о =0>732ю/'. Подстановка всех полученных данных в уравнение сгорания дает: (1,043 + 0,035) (6,93 + 0,000695 2150) 2150=(4,625 + + 0,00053 .
813) 813=0,035 (4,95+ 0,000695 ° 813) + + 1,6,1,985 (1 + 0,035) 813+ =0,00732 ' 58500— 0,815 0,815 — 0,0274 ' . 68200. 0,815 Вычисление приводит к тождеству: 19500=19500, чем подтверждается правильность выбора температуры Т. Значение степени предварительного расширения будет: ~ Т, 1,041 2!50 р= — — '— = — ' — =1,724. Л Т, 1 6 813 Таким образам, в результате диссоциации газов в цилиндре дизеля температура Т, понижается на — 20е, а степень предварительного расширения уменьшается с р=1,735 до р=1,724.
Давление Р, при том же значении Х остается без изменения. В действительности при диссоцнации газов в цилиндре дизеля, очевидно, будет иметь место уменьшение степени предварительного расширения р и одновременно степени увеличения давления Х, что приведет к некоторому понижению давления. Из сравнения влияния на рабочий процесс двигателей днссоциации газов видно, что величина диссоциации СО и НаО в карбюраторных двигателях значительно превышает диссоциацию этих газов в дизеле. В связи с этим и понижение температуры и давления в конце сгорания в результате диссоциации более заметно в карбюраторных двигателях. При этом, так как парциальные давления диссоциирующих газов в обоих случаях отличаются друг от друга незначительно, то следует признать, что основным фактором, влияющим на днссоциацию в цилиндре двигателей, является температура процесса. Пример 34. Определить потери тепла в процессе сгорания от днссоциации газов в цилиндре авиационного дизеля, для которого из опытов и расчетов известны следующие величины: топливо: С=0,86, Н=0,13 От =0,01, Н„=10150 кал.1кг; а=1~3' 1-'о=О 495' ~ =0 05' т1~' =0 899.
Кроме того, дана развернутая индикаторная диаграмма 1фиг. 32) для нормальной мощности М,=700 л. с. при и=1700 об/мин. с нанесенными на ней крчвой изменения температуры и кривой х=7'(р), представляющей собой количества сгоревшего по углу поворота топлива в долях от всего вспрыснутого топливат Произведем расчет для т — 10'. Для этого момента Р=88 ата, Т=1980 абс., х=0,505.
Для СО,: 29850 1й Ксо,= — + 1,76 1п Т + 3;72; откуда при Т=1980' абс. Ксо,=1,66. 10 ' Степень диссоциации найдется из формулы 3 есо, . Рсо, (100 — псе,)"(200 + а) т Способ расчета х = 71Т) булет дан неже. 176 где Рсо,=р Мсо, Млс Число молей СО, С С 0,86 0,86 Мсо,= — х+ 7 — = — '0,505+0,05 ' =0,0362 мол. 12 12 12 Число молей продуктов сгорания Млс=а ° Ел'+ — х + т ° аЕ,', О т. е. М„,=1,3 ° 0,495 + + — ' 0,505+ 0,05 ° 1,3 0,495 — 0,69 мол. Тогда 0,0362 Рсо,=88 .
0,69 ! лсл сссо =4,62 ата, асс, — 0,9%. -ю-сс -а ° л в сс с сс сс Фиг. 32 1~ Кн,о = — + 1,76 1д Т вЂ” 0,16, 25300 что для Т=1980' абс. дает: Кн,о=4,9 10 л. Находим ан,о з Кн,о— ано Рн о (100 — ан,о)' (200+ ссн,о) где Мн,о Рн,о=Р— ' ° Млс 12 н. в. нлсзеллев 177 Теплота диссоциации, отнесенная к 1 кг топлива, 68200 68200 Чсо,= Мсо, . ксо,= .
0,0362. 0,9=22,2 кал. 101 10л Для Н,О: ксоб био Тогда 2,2328 7тн,о=88 . 2,69 =4,18 ага, оо ан,о = 2,286'/о. Теплота диссоциации на 1 кг топлива о 1о 20 бо 40 бо бо т 115622 б7н,о= Мн,о . 2 12' ан,о= «„б7 Производя аналогичный расчет для других зо (р значений угла поворота кривошипа б3, м о ж н о о бо 20 Фиг. 34 определить потерю тепла за счет диссоциации в любой момент процесса сгорания. Данные такого расчета приведены в табл. 14. По данным табл.
14 построены диаграммы па фиг. ЗЗ н 34, которые дают наглядное представление об 'изменении диссоциации в 173 Число молей Н,О: Н Н Мн,о= — Х + 7 2 2 Число молей продуктов сгорания: М„,=2,69 мол. = — 2,525 + 3,25 — ' 2,2328 мол, 0,13 2,13 2 2 м. "'соо Фиг.
33 2,2328 2,286 — -5,43 кал. 2 12о Общая теплота диссоциации Яа = б7со, + Чн,о = 22,2+ +5,43=27,63 кал., что составляет в процентах от всего тепла 27,63 122 Ха 12152 2 272о~о цилиндре по ходу поршня. Как видно из диаграмм, максимальное значение диссоциацин и теряемого тепла соответствует е=25' после ВМТ, когда температура газов в цилиндре имеет максимальное значение. та блина 14 Мн,о "4со, Чн,о Рн,о он,о а ойдо Ксо, чсо, Рсо, со, 4,36 10 о 1,66 10 4.25 10 1,58 10 о 0.024 0,165 1,94 1,81 2,4 27,63 0,272 0,9 4,62 100,8 0,992 91,7 6,33 2,37 198,9 166,5 1,96 3,72 6,19 2,34 ° 10 о 6,17 10 2,24 - 10 7 1,32 ° 10 а 275,7 2,71 4,85 234,0 4,09 99,2 81,0 0,977 1,66 30,8 38,2 0,381 0,63 1,77 14,0 18,2 0,179 0,285 1,14 Задачи 44.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
