内燃机第三章资料PPT课件

.,第三章内燃机燃料与燃烧,2020/6/5,第三章内燃机燃料与燃烧,内燃机的燃料及其提炼方法燃料的使用性能燃料的热化学燃烧的基本理论,2020/6/5,常规燃料汽油和柴油替代燃料除汽油、柴油以外的烃类/醇类/醚类/酯类/氢气等燃料1)按物态分类：液体：甲醇、乙醇、二甲醚(DME)、生物柴油、GTL/CTL/BTL气体：LPG、CNG、氢气、沼气、煤气2)按成份(是否含氧)分类：烃燃料(除汽油、柴油外)和含氧燃料,趋势：汽车燃料多元化(Diversification),一、燃料及其分类,2020/6/5,二、燃料的化学结构,AlkanesorParaffins-CnH2n+2AlkenesorOlefins-CnH2n,烷烃,甲烷,乙烷,异辛烷,C-C单健,饱和烃，氧化稳定性好；异构体结构紧凑,不易断链,不易自燃,烯烃,乙烯,丙烯,丁二烯,CC双健,2020/6/5,二、燃料的化学结构,AlkynesorAcetylenes-CnH2n-2,炔烃,乙炔,CC三健,多键非饱和烃结合牢固，不易断链，不易自燃但不饱和烃稳定性差，长期存放容易氧化变质,芳香烃,benzene苯,toluene甲苯,naphthalene萘,环状结构紧凑,不易断链,不易自燃,Aromatics-CnH2n-6,2020/6/5,二、燃料的化学结构,环烷烃,NapthenesC-C单健CnH2n,环烷烃属饱和烃，性质比较稳定，不易断链，不易氧化变质,Alcohols-containoneormoreOHgroups,醇,乙醇,燃料含氧促进燃烧,甲醇,三、化学结构及成分对理化特性的影响,1)烃燃料结构对理化特性的影响链与环环化学稳定性好，不易自燃直链与支链(或正烷与异烷)支链(异烷)的化学稳定性好，抗爆好(如正庚烷C7H16和异辛烷C8H18的辛烷值分别为0和100)单键和多键多键非饱和烃不易断链，不易自燃，但稳定性差，贮存中易氧化结胶(如烯烃),燃料抗爆性比较：1)环烷烃正烷烃2)烯烃正烷烃3)异烷烃正烷烃4)芳香烃烷烃/烯烃,燃料自燃性比较：1)环烷烃正烷烃2)烯烃正烷烃3)芳香烃烷烃/烯烃4)1-甲基奈压不着,三、化学结构及成分对理化特性的影响,1)烃燃料结构对理化特性的影响链与环环化学稳定性好，不易自燃直链与支链(或正烷与异烷)支链(异烷)的化学稳定性好，抗爆好(如正庚烷C7H16和异辛烷C8H18的辛烷值分别为0和100)单键和多键多键非饱和烃不易断链，不易自燃，但稳定性差，贮存中易氧化结胶(如烯烃),2)烃燃料成分对理化特性的影响C原子数(直链)：C越多，化学稳定性差，着火温度低，易自燃；物理稳定性好，不易气化H/C比燃料热值由H/C比决定,由于H比C的热值高(约3.7:1)，柴油H/C1.03)负荷调节方式不同汽油机预混合，混合气数量改变，浓度基本保持不变，量调节柴油机分层混合，喷油量改变，空气量基本不变，质调节,汽油机与柴油机工作模式的差异,homogeneousmixture,stratifiedmixture,MixtureHomogeneous均质混合气,SparkIgnition火花点火,MixtureStratified分层混合气,CompressionIgnition压缩着火,SI常规汽油机,HCCI,GDI,CI柴油机,内燃机混合气形成和燃烧模式组合,GasolineDirectInjection汽油缸内直喷,HomogeneousChargeCompressionIgnition均质充量压燃,2020/6/5,第三章内燃机燃料与燃烧,内燃机的燃料及其提炼方法燃料的使用性能燃料的热化学燃烧的基本理论,一、理论空气量（化学计量空燃比）,化学计量空燃比：1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量设1kg燃料中C、H、O的质量分别为wC、wH、wO，则,(1)1kg燃料完全燃烧需要O2为：O2在空气中的质量百分比为23%，即需空气量为（实际中是测量空气流量）：也称之为“质量化学计量比”（massstoichiometricratio）,(2)1kg燃料完全燃烧需要O2摩尔(mol)为：而O2在空气中的摩尔百分比为21.0%，即需空气量为：也称之为“摩尔化学计量比”（molestoichiometricratio）1kg燃料完全燃烧需要O2体积(m3)为：,一、理论空气量（化学计量空燃比）,汽油的平均质量成分：,柴油的平均质量成分：,汽油：,柴油：,二、过量空气系数,定义：燃烧1kg燃料提供的空气量L与理论上所需空气量L0之比，表示混合气的浓度汽油机：混合气均匀，=0.81.2，柴油机：混合气不均匀，=1.21.6，增压柴油机：=1.82.2空燃比（A/F）和燃空比（F/A）：,三、1时完全燃烧产物的数量,燃烧前混合气的数量(1kg燃料)汽油机：（kmol/kg燃料）MT为燃料的分子质量柴油机：液态燃料可忽略即为纯空气（kmol/kg燃料）燃烧产物的数量,三、1时完全燃烧产物的数量,燃烧后产物的增量汽油机：柴油机：,四、燃料热值和混合气热值,1.燃料热值：1kg燃料完全燃烧所放出的热量高热值：包括水蒸汽凝结后放出的汽化潜热低热值：不包括水蒸汽凝结后放出的汽化潜热Hu（内燃机）2.可燃混合气热值：单位质量或单位体积可燃混合气完全燃烧发出的热量(kJ/kg或kJ/kmol),=1时，理论混合气热值,*/29,第三章内燃机燃料与燃烧,内燃机的燃料及其提炼方法燃料的使用性能燃料的热化学燃烧的基本理论,1.预混合燃烧：着火前燃料与空气已经按一定的比例预先混合形成了均匀的可燃混合气，在着火后，预混合气的燃烧自动进行，称为火焰传播过程（1）层流火焰传播在静止或流速极低的预混合气中，着火之后，火焰核心迅速发展为近似球形火焰,二、内燃机中的燃烧方式,火焰前锋面以近似圆球的形状向整个混合气空间扩展推进火焰锋面之前是未燃的预混合气，火焰锋面之后是已燃的、具有很高温度的燃烧产物。,火焰锋面厚度d分为混合气预热区厚度dp和反应区厚度dc两个部分，预热区厚度dp大，化学反应速度低，反应区厚度dc小，化学反应速度高；火焰锋面厚度d很小，温度和浓度变化极大，引起强烈的传热和传质，引起邻近混合气化学反应，即火焰传播；混合气浓度对层流火焰传播速度影响最大，在略小于理论空燃比时，化学反应速度最快，火焰传播速度最大。,二、内燃机中的燃烧方式,（2）紊流火焰传播火焰锋面速度大大加快，可达到2070m/s。紊流本身的特点是流体性质在时间与空间上有随机性，气流内部有涡流运动,二、内燃机中的燃烧方式,火焰前锋面出现皱褶，传热、化学反应速度加快,紊流对火焰传播的作用：紊流火焰传播中依然存在火焰锋面，且速度和基本结构在紊流强度较小时不变。宏观紊流使火焰锋面发生弯曲与皱折，增大火焰锋面的表面积。微观紊流加强传热与传质作用，因此，加快了火焰传播速度。紊流强度较大时，火焰锋面就不断破裂而后重新建立，其结果是已燃气体和未燃混合物相互混合，从而加快了未燃混合物的反应速度，缩短反应时间。,二、内燃机中的燃烧方式,2.扩散燃烧：柴油机的主要燃烧方式燃料没有全部蒸发就开始着火燃烧；仍旧是燃料蒸汽和空气形成的混合气燃烧，燃烧过程中一边形成混合气，一边燃烧；3种相同