Влияние различных факторов на сжатие
Условия теплообмена в процессе сжатия определяются:
1) разностью между температурами смеси и теплопередающими поверхностями;
2) относительной площадью теплопередающей поверхности, т.е. отношением площади теплопередающей поверхности Fпов к рабочему объему цилиндра Vh;
3) количеством смеси находящейся в цилиндре в процессе сжатия;
4) временем, в течение которого происходит теплообмен;
5) коэффициентом теплоотдачи от газов к поверхностям, зависящим от скорости движения смеси;
6) количеством бензина, испаряющегося в процессе сжатия.
Конечные параметры Тс и Рс сжатия зависят также от начальных Та и Ра и от утечки через неплотности в поршневых кольцах, клапанах.
При низкой температуре теплопередающих поверхностей (при пуске двигателя в зимнее время, после длительной стоянки) теплота от заряда передается особенно интенсивно. При пуске в это время скорость коленвала низкая, холодные кольца неплотно прилегают к зеркалу цилиндров, время сжатия велико, все это приводит к утечкам заряда. В этом случае показатель n1 будет низкий, что приводит к низким Тс и Рс.
На показатель политропа сжатия влияет система охлаждения. В ДВС с воздушным охлаждением, где температура цилиндров высокая - теплообмен незначителен и показатель политропа сжатия n1 выше, чем у ДВС с водяным охлаждением. Получение более высоких значений n1 ( лучшее теплоиспользование) возможно за счет уменьшения теплоотдачи от смеси - в окружающие поверхности - это применение поршней с низкой теплопроводностью, уменьшение Fпов/Vh.
|
|
|
Большое влияние на теплообмен имеет количество заряда Gз поступающего в цилиндр. При большем значении Gз/Fпов увеличивается n1. В карбюраторных ДВС на холостых оборотах Gз/Fпов минимально, а на больших возрастает.
В дизелях показатель политропы изменяется незначительно.
Таблица 7.1.
Значение показателей процесса сжатия
| Показатели | бензиновые | дизельные | дизельные с наддувом |
Степень сжатия 
| 6-9 | 15-22 | 12-15 |
| Средний показатель политропы сжатия n1 | 1,34-1,37 | 1,35-1,38 | 1,35-1,38 |
| Давление в конце сжатия Рс, МПа | 0,9…1,3 | 2,9…6 | 
|
| Температура в конце сжатия Тс, К | 600-750 | 700…900 | >1000 |
Вопросы для самоконтроля:
1. 1. Какими соображениями обусловлены значения температуры в конце сжатия для карбюраторного и дизельного двигателей?
2. 2. Каким образом в процессе сжатия меняется показатель политропы сжатия и почему?
3. 3. Какие факторы влияют на процесс сжатия?
ЛЕКЦИЯ 8
Процесс сгорания
План
8.1. Общие сведения
8.2. Распространение пламени
8.3. Турбулентное горение
8.4. Диффузионное горение
Общие сведения
Горение является сложным физико-химическим процессом, который характеризуется скоростями химических реакций, условиями массо- и теплообмена в зоне пламени, а также - теплоотдачей в стенки.
|
|
|
Скорость горения можно оценивать по скорости расхода веществ или по скорости повышения температуры и давления.
Истинный процесс горения сложных моторных топлив пока окончательно не изучен, однако установлена тесная зависимость скорости горения от давления и температуры.
В процессах, происходящих в ДВС, скорости реакций, развивающихся в нагретой сжатием рабочей смеси при относительно низких температурах(<1000 К), определяют условия самовоспламенения и детонации.
От скорости химических реакций при высоких температурах (>1500 K), близких к конечным температурам сгорания, зависит скорость распространения пламени.
Самовоспламенение возникает в тех случаях, когда скорость тепловыделения в результате химических реакций превышает скорость отвода тепла. Чем выше скорость реакций, тем быстрее возникает самовоспламенение и тем меньше задержка времени от завершения нагрева при сжатии до момента возникновения пламени.
Самовоспламенение углеродных топлив обычно происходит в две стадии, т.е. воспламенению предшествует появление так называемого холодного пламени. Повышение температуры в холодном пламени происходит от 20...30 до 200...300 , чему отвечает незначительный рост давления 
.
|
|
|
Общая задержка состоит из длительности 
холодного пламени и времени задержки 
. При повышении температуры сокращается (давление не влияет на 
). При понижении температуры растет, при повышении давления - уменьшается.
Рис. 8.1. График изменения давления над поршнем.
В связи со сложным цепным характером предпламенных реакций воздействовать на скорости их протекания можно путем добавления различных присадок. Так, добавление к дизтопливу органических перекисей стимулирует начальные стадии окисления. Добавка к бензинам металлоорганических соединений (т.н. антидетонаторов), резко затрудняет самовоспламенение.
Распространение пламени
Фронт пламени, распространяющийся в неподвижной или текущей ламинарно-горючей смеси, представляет собой узкую зону, отделяющую свежий заряд с температурой То от продуктов его сгорания с температурой Тz. Величина зоны горения составляет около 
. Причем большая часть ее относится к зоне прогрева ( 
80%) и только 20% - к зоне горения.
Рис 8.2. Примерный характер изменения температуры во фронте ламинарного пламени.
|
|
|
Скорость, с которой фронт ламинарного (послойного) горения перемещается относительно свежей смеси в направлении, параллельном поверхности, называется нормальной скоростью пламени Uн.
Наибольшая скорость соответствует несколько обогащенной смеси ( 
=0,85-0,9). Увеличение или уменьшение коэффициента избытка воздуха ведет к уменьшению скорости распространения фронта пламени. Максимальное значение колеблется от 35 до 55 м/с, а минимальное достигает 8...12 м/с. При уменьшении Uн пламя гаснет, что объясняется большими потерями теплоты в зоне горения.
Рис.8.3. График изменения скорости пламени в зависимости от коэффициента избытка воздуха.
Предел возможного обогащения смеси, свыше которого горение прекращается, называется верхним концентрационным пределом 
, а предел возможного обеднения - нижним концентрационным пределом 
распространения пламени.
Для большинства моторных топлив =0,25...0,35, =1.65...1,85.
Турбулентное горение
В большинстве случаев основная масса рабочей смеси находится в двигателе в турбулентном движении, складывающемся из отдельных вихрей и беспорядочных пульсаций скоростей газов.
Под воздействием турбулентностей скорость горения резко возрастает, что вызывается двумя причинами:
1) крупные вихри и пульсации больших масштабов искривляют фронт горения и разрывают его на отдельные участки, что приводит к увеличению общей поверхности горения;
2. 2. пульсации мелких масштабов, сравнимых с толщиной ламинарного фронта горения, не разрывают его, но усиливают процессы теплопередачи и диффузии в самом фронте, что значительно повышает скорость горения.
Рис. 8.4. Примерный характер искривлений и разрывов фронта турбулентного горения ( 
- глубина зоны турбулентного горения).
а - слабой турбулизации б - сильной турбулизации
С возрастанием скорости распространения турбулентного пламени увеличивается протяженность зоны горения . В карбюраторных двигателях эта зона достигает 20-25 мм.
Диффузионное горение
Горение неоднородных смесей, например, струй газа, втекающего в воздух или распыленного в нем жидкого топлива, существенно отличается от горения однородных смесей.
Скорость горения неоднородных газовых смесей практически определяется скоростью диффузионного смешивания топлива и окислителя, т.к. скорость горения несравнимо выше смешивания. Вследствие этого такое горение называется диффузионным.
Скорость горения капель жидкого топлива определяется скоростью их испарения. (пары топлива, образующиеся вокруг капли, диффузируют с воздухом и образуют вокруг нее смесь, процесс этот протекает быстрее испарения).
Мелкие капли (диаметром меньше 40мкм), равномерно распределенные по объему, сгорают также как и гомогенная смесь, причем пределы устойчивого горения шире, т.е. меньше и больше значения .
В неоднородных смесях всегда образуются зоны с = 0,85-0,9, отвечающие наибольшей скорости горения. Такие зоны являются центрами воспламенения окружающей более обедненной смеси. Именно этим объясняется возможность работы дизелей на малых нагрузках с крайне обедненной смесью ( >4).
По тем же причинам горение неоднородных смесей при низком коэффициент избытка воздуха <1,4...1,5, приводит к образованию дыма и сажи. При этом существуют зоны со значительными локальными переобогащениями смеси с < 0,3...0,4. В таких зонах под действием больших давлений и температур происходит крекинг углеводородных молекул без достаточного доступа воздуха, сопровождающийся выделением твердых частиц углеводорода в виде сажи.
Именно в этом заключается причина дымления дизелей при увеличении цикловой подачи топлива, т.е. нагрузка свыше некоторых пределов.
Вопросы для самоконтроля:
1. 1. Какие условия обеспечивают самовоспламенение топливно-воздушной смеси?
2. 2. Расскажите об особенностях ламинарного горения.
3. 3. Какие особенности у турбулентного горения?
4. 4. Какие особенности у диффузионного горения?
ЛЕКЦИЯ 9
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 937; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!