Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №4 (декабрь) 2013
Разделы: Техника
Размещена 16.12.2013.

ГРУППОВОЙ УГЛЕВОДОРОДНЫЙ СОСТАВ ТОПЛИВА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ТЕМПЕРАТУРУ САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ ДИЗЕЛЯ

ГАПИРОВ Абдусамин Дехканович

к.т.н., доцент

ТАДИ

доцент

Аннотация:
В статье рассмотрены влияние группового углеводородного состава топлива на термодинамические показатели дизеля, пути расчёта температур начало горения, испарения и воспламенения топлива.


Abstract:
The article examines the impact of hydrocarbon fuel composition on the thermodynamic characteristics of diesel, the way of calculating temperatures of combustion start, evaporation and ignition of fuel.


Ключевые слова:
топлива, углеводородный состав, энергетические потери, температура испарения, начало горения, самовоспламенения

Keywords:
fuels, their hydrocarbon composition, energy loss, evaporation temperature, the start of combustion, the autoignition



УДК 621.436.001:621.43.016

Важнейшая характеристика топлив - их групповой углеводо­родный состав. Моторные топлива состоят из углеводородов, от­носящихся к четырем основным группам: парафиновым, олефиновым, нафтеновым и ароматическим углеводородам. Для товарных дизельных топлив, выпускаемых в СНГ, средний групповой состав лежит в следующих пределах: нор­мальные парафиновые углеводороды - 5-30%, изопарафиновые и нафтеновые - 35-81%, ароматические - 14-35% [1].

Парафиновые углеводороды  - углеводороды, отличающиеся неразветвленной незамкнутой структурой и имеющие формулу состава  Сn Н2m+2. В молекулах парафиновых углеводородов атомы углерода соединены между собой простыми (оди­нарными) связями, а все единицы валентности, не затраченные на связь между атомами углерода, насыщены атомами водорода. В нормальных условиях низкомолекулярные парафиновые углеводороды  являются газами (метан СН4, этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Н10). Они при­сутствуют как в нефтяных попутных газах, так и в растворенном виде - в жидкой части нефти. Число атомов С от 5 до 16 имеют жидкости (пентан, гексан, гептан и др.). В гомологи­ческом ряду после цетана парафиновые углеводороды - твердые вещества. В нормальных условиях жидкие парафиновые углеводороды инертны по от­ношению к кислороду, а при повышенных температурах в камере сгорания (КС) ди­зеля (при t>250-300°С) быстро окисляются с образованием пироксидов. Высокомолекулярные парафиновые углеводороды наиболее склонны к вос­пламенению в цилиндрах дизеля и имеют низкие температуры самовоспламенения и малый период задержки воспламенения, определяемый высокими значе­ниями цетанового числа (рис. 1). Парафиновые углеводороды  обладают и наибольшей, среди углеводородов, удельной теплотворной способностью, высокой стабильностью при хранении, низкой склон­ностью к дымлению и являются наиболее желательными компонентами топлив для дизелей [2, 3].Но высокомолекулярные парафины имеют плохие низкотемпературные свойства.

Парафиновые углеводороды  с числом атомов углерода ic < 16 почти полностью сгорают в КС дизеля с образованием газо­образных продуктов (СО,  СО2,   СНХ), а с числом ic=20-30   в большей степени участвуют в образовании сажи (около 0,1% этих алканов, содержащихся в топливе, переходит в сажу)  [4].

Важнейшим свойством дизельных топлив является их самовос­пламеняемость, определяющая пусковые свойства двигателя, же­сткость рабочего процесса, расход топлива, токсичность и дымность ОГ. Самовоспламеняемость характеризуется температурой самовоспламенения - наименьшей температурой, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению пламенного горения.

Рассмотрим химическое равновесие углеводородов парафино­вого ряда в камере сгорания дизеля, основные термодинамические характеристики и покажем, что имеется возможность при помощи несложных вычис­лений определять энергетические показатели воспламеняемости топлив в зависимости от углеводородного состава.

В добавление к существующему мнению [5, с.148] представим следующую
модель самовоспламенения:

τi= τи + τр + τхп    (1)

где:   τи - период испарения; τр - период разогрева до начала самовоспламенения;τхп - период протекания холоднопламенных реакций до появления критического числа активных центров, предшествующих взрывному горению.

В реальном двигателе физический период зависит еще и от изменения начала впрыска на различных топливах, который явля­ется функцией конструктивных особенностей топливной аппаратуры. Этим влиянием на суммарную величину  τi   на данном этапе пренебрегаем.   τi является функцией передачи энергии от воздуха топливу. Поэтому энергетические потери складываются по аналогии  (1) из

∆h = ∆hи + ∆hр + ∆hхп      (2)

где:    ∆hи - энтальпия испарения,  КДж/моль; ∆hр - энтальпия разогрева до ТСВ ;  ∆hхп      - энтальпия холоднопламенных реакций.

Рассмотрим изменение суммарной энтальпии, приняв следующую гипотезу: тепловой и энтропийный балансы наступают при достижении системной температуры, равной температуре начало горения ТНГ.

В этом случае расходуется эндотермическая энергия, равная энергии разрыва связей D, КДж/моль.

Тогда константа равновесия К0 при ∆G = 0 определится из следующей зависимости:

K= e (D/RT)      (3)

 

ln K= D / RT   (4)

Преобразуя (4),  получаем:

Тнг  = D / 2,303 (lnKo) R = D / 23,9 ( m - 4)    (5)

Энергия разрыва связей парафиновых углеводородов определялась по зависимости:

D = 348 n + 413 m / 3 n + 1      (6)

         где:  n- число атомов углерода; m- число атомов водорода.

энтропия при ∆G = 0 :

∆Sнг  = D / Тнг

Уменьшение энтропии показывает, что до начала взрывного горения высвобождающаяся энергия за счет разрыва связей используется для накопления активных центров.

Обработка многочисленных справочных материалов [5] позволила получить зависимость изменения ряда показателей от углеводородного состава:

         энтальпия испарения

hи  = 3,31 nν

         температура испарения

Ти = (nν 103) / (1,86 + 0,16 n)

Температура самовоспламенения

Тсв = ν (3 + 6,6 – 0,6 n);   n ≥ 10

ln Тсв = 0,0052 D + 0,5904;  n ≥ 6

где:   ν = 1 + (m / 4 n) - стехиометрический коэффициент;

         n- число атомов углерода;

         m - число атомов водорода.

Исследования  показали,  что  число атомов углерода  доn ≤ 12  Ти < Тсв ;  n > 12  Ти > Тсв,  при  n от 12 до 17 следует признать наиболее оптимальными   для топливных  композиций.

Библиографический список:

1. Гуреев А.А, Азев В.С., Камфер Г.М. Топлива для дизелей. Свойства и применение. – М.: Химия, 1993.
2. Горбунов В.В., Патрахальцев К.Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. - М.: изд-во РУДН, 1998.
3. Лиханов В.А, Сайкин А.М. Снижение токсичности автотракторных дизелей. – М.: Колос, 1994.
4. Abbass M.K., Andrews G.E., Ichag R.B. Comparison of the Participate Composition between Turbocharged and Naturally Aspirated DJ Engines // SAE Technical Paper Series. – 1991. – N910733.
5. Справочник нефтехимика, т. 1, 2. / Под ред. Огородникова С.К. – Л.: Химия, 1978.




Рецензии:

16.12.2013, 21:37 Лаврентьев Владимир Владимирович
Рецензия: Грамотно изложен материал, представлен в доступной и понятной форме. Рекомендуется к печати.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх