Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Диффузионное пламя.






Диффузионным называется пламя, которое осуществляется при раздельной подаче горючего и окислителя. Для диффузионного горения характерно наличие границы между топливом и окислителем, на которой создается фронт диффузионного пламени, которое называется так потому, что его положение и скорость сгорания в нем определяются интенсивностью диффузии горючего и окислителя (к пламени) и продуктов сгорания (от пламени).

Рассмотрим горение капли дизельного топлива в среде предварительно сжатого и окислителя, нагретого выше температуры воспламенения.

Схема испаряющейся капли показана на рис. 4.3.

Здесь слой а слой, состоящий из одних паров топлива. За ним расположен слой б, состоящий из паров топлива и небольшого количества окислителя с концентрацией (α < 0, 4); на внешней границе этого слоя имеем концентрацию соответствующую верхнему концентрационному пределу воспламенения.

За слоем б располагается слой в; в пределах этого слоя находятся смеси, способные к распространению пламени, причем верхняя граница слоя в это поверхность слоя, на которой состав смеси соответствует нижнему пределу воспламенения. За пределами этого слоя в слое г расположена бедная смесь, содержащая мало горючего и не способная гореть.

Сначала капля должна прогреться до температуры мокрого термометра, которая в нашем случае, практически равна температуре кипения. Сначала начинают испарение более легких фракций, идет разгон жидкого топлива.

Концентрация кислорода повышается в направлении от точки 1 к точке 2. Самовоспламенение начинается в точке 2 на внешней поверхности, а затем распространяется во внутренний слой. После воспламенения температура слоя повышается, испарение капли становится более интенсивным, и раз возникшее пламя сохраняется до полного выгорания капли.

При высоких температурах скорость реакции весьма велика. Молекулы топлива и окислителя не могут находиться вместе, поскольку они мгновенно реагируют. Следовательно, фронт диффузионного пламени разделяют потоки топлива и окислителя. Диффундируя к фронту пламени, сложные молекулы углеводородного топлива разлагаются с выделением сажи. Мельчайшие частички сажи, нагреваясь, ярко светятся, поэтому такие пламена оказываются светящимися, коптящими.

В технике топливо сжигают при высоких скоростях, т.е. в турбулентном режиме. Структура турбулентного факела при диффузионном горении сложнее, чем при кинетическом, поскольку в этом случае происходит смешение трех компонентов: топлива, окислителя и продуктов их горения. Поскольку процесс выгорания осложнен диффузией процессом, протекающим довольно медленно, он идет с меньшей скоростью, чем горение подготовленной смеси.

В дизельных двигателях топливо впрыскивается в нагретый вследствие сжатия воздух. Основным требованием к дизельному топливу является легкость его воспламенения при соприкосновении с нагретым воздухом, т.е. минимально возможное время от момента начала подачи топлива до его воспламенения. Этот интервал времени, называемый периодом задержки воспламенения, в значительной мере зависит от физико-химических свойств топлива.

Как уже рассматривалось, ведущую роль в ходе цепных реакций горения имеют свободные радикалы – активные промежуточные продукты разложения молекул. Легкость или трудность образования радикалов обусловлены термической стабильностью топлива. Чем выше стабильность, тем труднее «разорвать» углеводородные молекулы и обеспечить протекание окислительных реакций. Термическая стабильность характеризует воспламеняемость топлива

Воспламеняемость топлива оценивается цетановым числом (ЦЧ), характеризующим период задержки воспламенения чем оно выше, тем меньше период.

Цетановое число топлива численно равно процентному содержанию легко воспламеняющегося цетана в его смеси с a метилнафталином, которая по характеру сгорания (по самовоспламеняемости) равноценна испытуемому топливу. Используя эталонные топлива, можно получать смеси с любыми цетановыми числами от 15 до 100. Неспособность топлива к самовоспламенению также можно характеризовать цетановым числом – чем оно ниже, тем сложнее «разорвать» углеводородные молекулы и тем менее топливо способно к самовоспламенению. Однако это качество, как правило, характеризуют октановым числом. Октановое (ОЧ) и цетановое (ЦЧ) числа связаны между собой эмпирической формулой: ЦЧ = 60 – ОЧ/2.

Цетановое число можно определить тремя способами: по совпадению вспышек, по запаздыванию самовоспламенения и по критической степени сжатия. Цетановое число дизельных топлив обычно определяют по методу «совпадения вспышек» на специальных установках. Это одноцилиндровые четырехтактные двигатели, оборудованные для работы с воспламенением от сжатия. Двигатели имеют переменную степень сжатия e = 7 … 23. Угол опережения впрыска топлива устанавливается равным 13° до верхней мертвой точки (ВМТ). Изменением степени сжатия добиваются, чтобы воспламенение происходило строго в ВМТ. При определении цетанового числа дизельных топлив частота вращения вала одноцилиндрового двигателя должна быть строго постоянной (n = 900 ± 10 об/мин).

После этого подбирают два образца эталонных топлив, один из которых дает совпадение вспышек (т.е. задержку самовоспламенения, равную 13°) при меньшей степени сжатия, а второй – при более высокой степени сжатия.

Путем интерполяции находят смесь цетана с a – метилнафталином, эквивалентную испытываемому топливу, и таким образом устанавливается его цетановое число.

Цетановое число топлив зависит от их углеводородного состава. Наиболее высокими цетанововыми числами обладают парафиновые углеводороды нормального строения. Самые низкие цетановые числа у ароматических углеводородов.

Оптимальным цетановым числом дизельных топлив является 40 – 50. Применение топлив с ЦЧ < 40 приводит к жесткой работе двигателя, а ЦЧ > 50 – к увеличению удельного расхода топлива за счет уменьшения полноты сгорания. Летом можно успешно применять топлива с ЦЧ равным 40, а зимой для обеспечения холодного пуска двигателя требуется ЦЧ > 45. Применение дизельного топлива с цетановым числом менее 40 ед. приведет к увеличению периода задержки самовоспламенения и возникновению жесткой работы, а выше 50 ед. – нецелесообразно, так как при этом возрастает расход топлива из-за уменьшения полноты его сгорания, повышается дымность отработавших газов.

Для повышения цетанового числа дизельного топлива к нему добавляют специальные высокоцетановые присадки: синтин (продукт синтеза окиси углерода и водорода), перекись углеводородов, нитросоединения. Однако они широкого распространения не получили из-за невысокой стабильности при хранении, и большой взрывоопастности.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.