> Энциклопедический словарь Гранат, страница 180 > Доменный газ

Доменный газ

Доменный газ. Ну =

ИЗодород Ну =

Углерод. Ну =

Из приведенных примеров видно, что иногда топливо более бедное оказывается выгоднее для работы вследствие того, что требует для своего сгорания меньшее количество воздуха. Таким образом мощность Д. внутреннего сгорания при работе на разных топливах обусловливается не теплотворною способностью самого топлива, а его смеси с воздухом.

Теплоемкость. Новейшими исследованиями установлено, что теплоемкость возрастает вместе с температурой по закону прямой, с=а- -вТ, где а и b постоянные величины. Различают средния теплоемкости, Ст, и истинные, С. Если истинная теплоемкость выражается уравнением:

С=а + bТ..(10),

то среди, тфплоемк. равняется

Ст — а 4—.(И)

По подсчетам Shrober’a из опытов Лангена средния молекулярные теплоемкости таковы: теплоемкость при постоянном объёме (Св): для простых газов=4,625+0,00053 Т; для углекислоты Су11 =6,774+0,00189 Т для водяного пара Свп>=6,855 + 0,00116 Т; теплоемкость при постоянном давлении (Ср):для простых газов Ср=6,600+0,00053 Т; для углекислоты Св“ — 8,749 + 0,00189 Т для водяного пара CJ“=8,830 + 0,00116 Т.

Разность между Сп и Св можно вывести следующим

843

образом. Имеем Ср — Ц,=AR, где R —,

А= ТЕ- В-Ср~ (=++=1.99. -(12)

1 99

Для 1 mtr3 Ср-Св= =0,081

(24,4 mtr3 — объём 1 klg-mol газов при 10° С и 1 at.).

1 94

Для 1 klg Ср - Св (13)

Зиая разность Ср — Св, всегда можно но одной из них определить другую. Зная теплоемкость отдельных составных частей смеси и их количественное содержание, можно таким же путе.и определить и теплоемкость смеси.

Температура сгорания. Если графически изобразить изменения внутренней энергии после сгорания (f72) (фигура 6), затем отложить от нея вверх по оси ординат теплотворную способность данного топлива Ни (химическую энергию) и нанести потом кривую изменений внутренней энергии до сгорания (£/+ то получим две сходящияся кривыя. Теплоемкость сгоревшей смеси всегда больше теплоемкости рабочей, и потому кривая U2 пойдет круче кривой Ux. Так как сумма термодинамической и термохимической энергии рабочей с.чени остается без изменения за весь период егорчииия (1 — 2), то можно, идя

10200 0+ 11,6 5630

0 + 0,3 5000

“и + 5,2 1000

1 + 1 910

1+0,687 2570 1 + 2,38 8080 0 + 8,9

= 880 ТЕ.

= 895 ТЕ.

= 810 ТЕ.

= 500 ТЕ.

= 540 ТЕ.

= 760 ТЕ.

= 910 ТЕ.

от точки 1 (начало процесса горения) по линии 1—2, параллельной оси абсцисс (и= const) до точки 2 (конец горения), определить соответствующую этой точке температуру смеси после сгорания. Построив ряд подобных кривых Ui и Щ, легко графическим путем определить соответствующую температуру сгорания и теплоемкость. Если процесс сгорания протекает при постоянном давлении (р=const), то все тепло идет па повышение теплосодержания (J). Построив в системе координат (JT) кривия изменения теплосодержания рабочого тела до и после сгорания (подобно фигура 6), мы можем, идя по линии постоянного теплосодержания, при котором и протекает процесс сгорания при постоянном давлении, графически определить температуру сгорания в каждом отдельном случае. Кривия изменений теплосодержания Jt и ./2 фактически никогда не могут встретиться, ибо еще ранее достижения этой высокой температуры, соответствующей точке пересечения

кривых и /«, произойдет диссоциация рабочих газов. Для наглядности приводим ниже диаграмму кривых теплосодержания, полученную для Д. Дизеля при разных избытках воздуха (фигура 7). Слева нанесен ряд эквидистантных кривых для рабочого газа при разных избытках воздуха, а справа расходящийся пучек соответствующих кривых для сгоревших газов. Чтобы найти температуру горения, пользуясь диаграммой, нужно в8ять точку на кривой рабочого воздуха для соответствующей температуры (абсциссы) и избытка воздуха (г =. .) и провести линию вправо до пересечения с соответствующей кривой (в =. .) сгоревших газов, тогда абсцисса точки пересечения и даст температуру горения.

Имея характеристические уравнения рабочих газов до (риВи — RiI ) и после (р2«.=В2Т2) сгорания, можем для периода процесса сгорания написать:

1) в=const.

Но

Отсюда

2) р=const.

Или по предыдущему

Ри __

Яи ~ А.

7g /е«

Т, h,

и—

Pi » и д“

14 Ти Vi J

t.j J2 /I,

Ги Г, /и,

Ч _ Т» и _ Аил

<1 т, <4 /

-(14)

.(15). (15)

ПН

Уравнения 16 и 17 дают возможность определять конечное давление и объём после сгорания для Д. Отто я Дпзель.

Рабочие процессы Д. внутреннего сгорания. 1. Гагиочиии процесс Отто (при с=const).

Фигура 7.

На фигуре 8 изображена рабочая диаграмма процесса Отто. Обозначим рабочий объём через 7/it пространство сжатия через 7С, весь объём цилиндра V=F/t -{V

+ Ус и степень сжатия Е == ——. Процесс происходит с

следующим образом. Когда поршень идет вправо от своего мертвого положения до точки 0, происходит всасывание смеси. Всосанная смесь сжимается по адиабате 0—1; воспламененная в точке 1, опа сгорает но линии постояипого объёма 1—2; затем происходит расширение по адиабате 2 — 3; наконец, по линии постоянного объёма 3—0 идет уравнивание давлений, а затем от точки 0 до левого мертвого положения выталкивание сгоревших газов. Таким образом полный цикл этого процесса требует четырех ходов рабочого поршня (4-х тактов) или двух оборотов. Периоды всасывания ц выталкивания с термической стороны большого интереса не представляют. Поэтому рассмотрение процесса Отто мы начнем с точки 0.

Определим термический коэффициент полезного действии этого процесса. Вообще:

(18)

где Qi — Qi есть тепло, обращенное в работу, Qt — сообщенное тепло, а — тепло, отданное холодному источнику. Можно предположить, что но лилии 1 — 2 (в - const) происходит не сгорание; а простое сообщение тепла извне, так же, как но линии 3—0 пе вытекание газов, а отдача тепла холодному источнику. В действительности же количество газон, вследствие вытекания но линии 3—0, не одинаково. По первому принципу термодинамики:

dQ == dU 4- Apdv,

но dQ — cvdT; если v — tonst, то dv=0 и тогда dQ=dU — Evd T.

Интегрируя для Q в пределах температур Т{ и Тв а для @2 и пределах Та и Т0, можно написать:

0и — св (2j — 2и); 0» — св (Г. “ Т0).

ИИо, пользуясь уравнениями Иоассона, получим, что:

		Т2		А
		А ~		А ’
следовательно,		А-1-		А-и.
		А		А
Тогда:		&		А
«и		т, ‘
				А А		(20)

По из уравнения адиабаты 0 — 1 :

Окончательно: Tjf == 1 — Еи .О1)

Из полученного выражения для щ, выведенного в предположении постоянных теплоемкостей, видно, что оно зависит исключительно от степени сжатия Е и показателя к. Этим и объясняется низкий термический коэффициент полезного действия прежних Д., работавших без сжатия.

Установленная зависимость гц от Е и к показана на таблице 2. Из нея видно, что с повышением к при

одном и том же Е термический коэффициент полезного действия (тц) возрастает. Такая же зависимость существует между щ и Е при одной и той же величине к. Несмотря на повышение гц Д. с увеличением Е, идти далеко в направлении увеличения Е не следует.

Наглядно это будет видно при рассмотрении кривых на фигуре 9. Кривая гц, как видим, с возрастанием Е непрерывно увеличивается, и этот рост гц с переходом к большим значениям Е начинает приобретать довольно резкий характер. Но, если обратиться к кривой общого экономического коэффициента 7), учитывающого и механические потери, то картина совершенно меняется. Maximum экономичности получается при ие£е10 — 12, а дальше уже замечается падение экономичности. Последнее объясняется тем, что с повышением сжатия потери от трения возрастают. Другой предел повышения степени сжатия—ставит необходимость избегать преждевременной вспышки смеси, в виду высоких температур, которые обыкновенно сопровождают большое сжатие.

Рабочие органы Д. Отто. На фигуре 10 изображена схема рабочих органов Д. быстрого сгорания (цилиндр, поршень, впускной и выпускной клапаны, запальники и так далее). Рядом помещепа рабочая диаграмма, отдельные фаэы которой при разных положениях поршня легко проследить. Точка а соответствует началу всасывания,— поршень в мертвом положении; при переходе поршня в другую мертвую точку (6) верхний всасывающий клапап открыт; в точке (Ь) всасывание прекращается,— поршень идет обратпо, и впускной клапан закрывается, в точке с сжатая смесь поджигается электрической искрой от разобщения контактов запальника, находящагося в крышке цилиндра; благодаря вспышке давление поднимается до точки d, и поршень, идя вправо (3-ий ход), совершает внешнюю работу. В точке е открывается выхлопной клапан, поршень совершает 4-ый

ТАБЛИЦА 2.

Величины гц для процесса быстрого сгорания (О т т о) при различных В и к.

к		2,0		2,5		3,0		3,5		4,0		4,5		5,0		6,0		7,0		8,0		9,0		10,0
1,20		0,129		0,167		0,197		0,221		0,242		0,260		0,275		0,301		0,322		0,340		0,356		0,369
1,25		0,159		0,205		0,270		0,269		0,293		0 313		0,331		0,361		0,385		0,405		О,4 23		0,438
1,30		0,183		0,241		0, 81		0,113		0,340		0,363		0,383		0,416		0,442		0,464		0,483		0,499
1,35		0,216		0,274		0,319		0,355		0,384		0,409		0,411		0,466		0,494		0,517		0,537		0,553
1,40		0,248		0,313		0,363		0,402		0,434		0,460		0,433		0,520		0,550		0,574		0,534		0,610

ТАБЛИЦА 3.

Величины гц для процесса постепенного сгорания (Дизеля) при различных Е, к up.

к		р =		1,50		1,75		2,00		2,25		2,50		2,75		3,00
1,3		16		0,535		0,522		0,512		0,499		0,488		0,479		0,471
1,41		13		0,616		0,602		0,588		0,576		0,564		0,552		0,540

Фяр. 10.

ход (влево), во время которого выхлопной клапан открыт, и происходит выталкивание сгоревших газов.

Рабочий процесс Дизеля (ирн с —const).Обозначения вс, В]ь в остаются прежние. Через вг обозначим объём к концу сгорания. Как и раньше

Введем для этого процесса еще одно понятие — степень предварительного расширения р:

Как видно из диаграммы на фигуре 11, процесс Дизеля отличается от процесса Отто тем, что сгорапиэ совершается не по линии постоянного объёма, а по линии постоянного давления. Самый процесс Дизеля происходит следующим образом: сначала всасывается свежий воздух, сжимается по адиабате 0 — 1, причем температура сильно повышается; затем в точке 1 в сильно сжатый воздух вдувается нефть, распиливаемая воздухом, сжатым в особом компрессоре; происходит воспламенение смеси и сгорание по линии постоянного давления 1 — 2. Дальше, как и в Д. быстрого сгорания (Отто), идет адиабатическое расширение по линии 2 — 3, выхлоп по линии постоянного объёма 3—0 и так далее Степень сжатия в процессе Дизеля допускаетсязначительно выше, чем в процессе Отто, так как сжатием одного лишь воздуха устранена опасность преждевременного воспламенения топлива. о

Определим термический коэффициент полезного действия для процесса Дизеля.

Тепло полученное Qi=c.p (То — Т ) и тепло, отданное холодиому источнику, Q2 — св (Т’з — Тп)

По общей формуле r,t =1--

На основании характеристического уравнения можно написать:

т“- =Jl=p «о

Фиг 12.

к.Ек 1 (р — 1)

Итак для Д. Дизеля термический коэффициент полезного действия зависит, кроме Е и к, еще от стфпени предварительного расширения р. Чем больше р, тем меньше щ, и, так как р увеличивается с ростом нагрузки, то щ Дизеля повышается по мере убывания нагрузки. Здесь, как и в Д. быстрого сгорания, механический коэффициент полезного действия изменяет теоретические выводы, и практический maxim, выгодности (экономичности) получается здесь приблизительно при % полной нагрузк1.

Зависимость щ Дизеля от Е и р приведена па таблице 3.

Сравнение этой таблицы с таблицей 2 для Д. Отто показывает, что одинаковая величина щ при одном и том же к достигается в Д. Отто при меньшем слсатии, чем в Д. Дизеля; последнее указывает на отсутствие термического превосходства Д. Дизеля над Д. Отто. Однако, благодаря тому, что в Д. Дизеля раздельный впуск воздуха и топлива дает возможность доходить до больших величин сжатия, процесс его практически оказывается значительно экономичнее.

Выше приведенные формулы для гц Отто и Дизеля были найдены в предположении постоянства теплоемкостей; величины щ видоизменятся, если принять во внимание изменяемость теплоемкости.

2. Рабочие органы Д. Дизеля. Схемарабочих органов Д. Дизеля видна на фигуре 12.

К цилиндру прикреплена крышка, в центре которой помещена форсунка для нефти и распиливающого ее воздуха. По сторонам расположены впускной и выпускной вентили. Как цилиндр, так и крышка охлаждаются водой. Соотношение между ходами поршня и фазами рабочей диаграммы (фигура 11) можно проследить по чертежу аналогично тому, как мы это делали для Д. Отто. Распиливающий воздух поступает в цилиндр Д. Дизеля обыкновенно под давлением в 38—60 atm, в зависимости от нагрузки машины. Давление в конце сжатия достигает обычно 32—36 atm. Благодаря соответствию между количеством вдуваемого воздуха, его давлением и количеством впрыскиваемой нефти, в Д. Дизеля достигается полное сгорание.