Cтраница 3
Чтобы создать высокую теплонапряженность объема камеры сгорания ( она достигает 150 - 250 млн. ккал / м3 - ч) при небольших размерах ее, топливо необходимо сжечь быстро на сравнительно коротком отрезке пути. Скорость сгорания топлива определяется скоростью распространения и величиной поверхности фронта пламени. [31]
Между тем, не владея методами ускорения сгорания, было бы невозможно практически осуществлять наиболее важные и широко применяемые в технике процессы. Рассмотрим для примера, какие требования предъявляются к скорости сгорания топлива в современном автомобильном двигателе. Это требование имеет глубокий смысл. [32]
Чрезмерное же облегчение фракционного состава вызовет понижение цетанового числа, уменьшение скорости сгорания топлива в двигателе. С падением вязкости облегченного топлива возрастут износы трущихся пар механизмов топливной системы, увеличится жесткость работы двигателя, поскольку подготовка к воспламенению рабочей смеси будет протекать с большей продолжительностью, чем это необходимо. Топлива с повышенной испаряемостью являются причиной накопления в цилиндре двигателя к моменту самовоспламенения рабочей смеси большего количества паров, воспламенение которых приведет к резкому возрастанию давления. На испарение такого топлива будет затрачено большее количество тепла, вследствие чего понизится температура в цилиндре, ухудшится запуск двигателя, что особенно сильно будет проявляться с понижением температуры воздуха. Данные табл. 97 иллюстрируют, как велико влияние фракционного состава дизельного топлива на работу двигателя. [33]
Лучшая очистка цилиндра двигателя всегда способствует более интенсивному сгоранию топлива. Увеличение содержания остаточных газов, а также каких-либо инертных газов и водяного пара повышает температуру самовоспламенения и ухудшает воспламеняемость и скорость сгорания топлива. Такое действие указанных примесей объясняется в основном следующими двумя причинами: во-первых, их наличие уменьшает концентрацию кислорода в смеси, во-вторых, теплоемкость продуктов сгорания и водяных паров выше теплоемкости воздуха, поэтому повышается теплоемкость всей смеси и в связи с этим для ее подогрева теплоты требуется затратить больше. [34]
При этом газ отбирается из камеры сгорания газоотборником последовательно по углу поворота коленчатого вала, начиная от начала воспламенения через определенные интервалы до конца сгорания. Состав отобранного газа определяется для данного момента и для определенного участка камеры ( где находится трубка газоотборника) и таким образом выявляют скорость сгорания топлива по времени. [35]
В карбюраторных двигателях топливо, подаваемое вместе с воздухом, должно быстро испаряться и образовывать гомогенную ( однородную) смесь с воздухом. В дизелях подаваемое в цилиндры двигателя топливо с целью его быстрейшего испарения и перемешивания с воздухом должно хорошо распыливаться. Скорость сгорания топлива должна быть оптимальной с точки зрения получения наилучших мощностных и экономических показателей, обеспечения надежности и необходимого ресурса двигателей. [36]
Третья фаза начинается с момента достижения максимального давления и продолжается до момента выгорания 95 - 97 % топлива. К началу третьей фазы подача топлива обычно заканчивается. Скорость сгорания топлива в этой стадии значительно ниже, чем во второй, так как сгорание происходит в условиях пониженной концентрации кислорода, разбавления горючей смеси продуктами сгорания и снижения давления в цилиндре вследствие перемещения поршня. Продолжительность сгорания в этой фазе определяется в основном диффузионными процессами. [37]
Состав газа различен, но, как правило, в нем содержатся низшие газообразные углеводороды, водород, окись углерода, иногда азот и примеси других газов. За скорость сгорания топлив с поверхности принимается масса топлива, сгорающая с единицы поверхности в единицу времени, напр. [38]
Напротив, сжигание антрацитовой пыли дает факел более плотный, чем это принимается по расчету для случая полусветящегося пламени. Здесь оказалось, что основную роль играет не излучение золы и сажистых частиц, как это принято в расчете, а излучение горящей угольной пыли. Опытами также установлена зависимость интенсивности лучистого теплообмена от скорости сгорания топлива. Быстрое сгорание, соответствующее лучшей предварительной подготовке топлива, приводит к тому, что в корне факела развиваются более высокие температуры и интенсифицируется теплоотдача. Этот эффект значительно сглаживает разницу между тепловосприятиями экранов при сжигании газа со светящимся и несветящимся пламенем. Аналогичным образом должны влиять на теплообмен условия организации процесса горения угольной пыли. Интенсивность теплообмена в топочной камере зависит в основном от величины полезного тепловыделения в топке, которая определяет теоретическую температуру горения топлива. С понижением этой температуры при сжигании низкокалорийных топлив теплообмен в топочной камере резко ухудшается и радиационные поверхности экранов работают с очень пониженными тепловыми нагрузками. Применение в этом случае горячего воздуха не только улучшает сжигание топлива, но также и интенсифицирует теплообмен в топочной камере. Следует отметить, что и для таких высококачественных топлив, как природный газ и мазут, применение подогрева воздуха повышает теплообмен в топочной камере. Такая интенсификация теплообмена в топке позволяет при одних и тех же размерах экранных поверхностей значительно сократить размеры конвективных испарительных поверхностей нагрева. На основании полученных новых экспериментальных данных ЦКТИ совместно с ВТИ в настоящее время подготовлены новые нормативные методы расчета теплообмена в однокамерных и двухкамерных топках. Распределение тепловых нагрузок по экранам, расположенным на разных стенах топки, существенно зависит от рода топлива и условий протекания топочного процесса. [39]
Давление расширяющихся газов после воспламенения рабочей смеси наиболее полно используется только при условии, если смесь полностью сгорит, как только поршень перейдет в. Этот угол зависит от частоты вращения коленчатого вала, скорости сгорания топлива и нагрузки на двигатель. [40]
В конце хода сжатия впрыскивается топливо с соответствующим опережением. В этот момент поток воздуха, поступающего из воздушно-вспомогательной камеры, подхватывает топливо и смешивается с ним, способствуя одновременно его интенсивному распыливанию. Горящие газы способствуют возникновению вихрей, улучшающих смесеобразование и увеличивающих скорость сгорания топлива в основной камере. [41]
Известно также огромное влияние воздушных вихрей на процесс сгорания в дизелях. По достижении высоких температур происходит частичная диссоциация конечных продуктов сгорания; имеют место каталитические явления, например автокатализ парами воды. Все эти сложные обстоятельства, сопутствующие химическим превращениям в двигателях, создают большие трудности при использовании уравнений теории цепных реакций для описания суммарных закономерностей скорости сгорания топлива в двигателях. [42]
Для правильного выбора стехлометрического соотношения газообразного топлива и воздуха необходимо знать состав в весовых процентах или объемных долях горючих компонентов. Основным условием для сгорания любого газообразного топлива является наличие достаточного количества воздуха ( кислорода) при хорошем перемешивании их в камере сгорания. Продолжительность перемешивания газа и воздуха определяется характером смешения двух диффундирующих струй и конструкцией горелки. Скорость сгорания топлива зависит от степени подогрева газовоздушной смеси до температуры воспламенения, а также от скорости химических реакций горения составных компонентов газа при взаимодействии их с кислородом воздуха. Поэтому для сгорания газообразного топлива необходимо знать теоретическое потребное количество воздуха, температуру горения, объем продуктов сгорания, максимальное содержание инертных газов в продуктах сгорания и другие теплотехнические характеристики. [43]
На рис. 1 показан принцип работы автомобильного двигателя на примере одноцилиндрового бензинового двигателя. Для выполнения одного такта, при котором происходит сгорание рабочей смеси и расширение газов, необходимо выполнить два подготовительных такта - впуск и сжатие и заключительный такт - выпуск. Давление расширяющихся газов после воспламенения рабочей смеси наиболее полно используется только при условии, если смесь полностью сгорит IB то время, когда поршень находится вблизи в. Этот угол зависит от числа оборотов коленчатого вала, скорости сгорания топлива и нагрузки на двигатель. [44]
Сгорание в дизелях имеет особенности, вытекающие из внутреннего смесеобразования и самовоспламенения топлива. Одной из них является почти полное совпадение во времени процессов образования горючей смеси и ее горения. Другая особенность заключается в том, что распыленное топливо распределяется по объему камеры сгорания неравномерно. Коэффициент избытка воздуха а в двигателях с самовоспламенением представляет величину, переменную по объему и по времени, так как топливо впрыскивается уже в процессе сгорания. Он оказывает существенное влияние на скорость и продолжительность процесса сгорания топлива. Как показывают опыты, с уменьшением а увеличивается скорость сгорания топлива и рабочий процесс протекает более эффективно. Поэтому в дизелях стремятся вести процесс при меньших значениях а. При слишком малых а сгорание протекает неудовлетворительно и догорание топлива происходит на линии расширения, что резко снижает эффективность ( мощность и экономичность) работы двигателя. Это заставляет вести рабочий процесс, уменьшая а до пределов, при которых сгорание протекает еще удовлетворительно. [45]