汽车排放与噪声控制（第3版）课件：汽车排放污染物成分的预测

汽车排放与噪声控制（第3版）

汽车排放污染物成分的预测第一节燃烧热力学的基本概念第二节燃烧反应的化学平衡及平衡条件第三节燃烧产物的计算第四节氧化氮的计算1.反应热、生成热和燃烧热第一节

燃烧热力学的基本概念

化学反应过程中，系统在反应前后其化学组分发生变化，同时伴随着系统内能量分配的变化，后者表现为反应后生成物所含能量总和与反应物所含能量总和间的差异，此能量差值以热的形式向环境散发或从环境吸收，称为反应热。

燃烧反应是燃料与氧发生反应生成水和二氧化碳等稳定产物的一种特定的化学反应，此反应的反应热称为燃烧热。1.反应热、生成热和燃烧热第一节

燃烧热力学的基本概念

常用物质的生成热已由实验测得，计算时只需查表即可。

2.内能、焓、比热第一节

燃烧热力学的基本概念

内燃机中的工质为混合气体，混合气体的比内能μ、比焓ｈ和比热ｃ的计算公式如下:

2.内能、焓、比热第一节

燃烧热力学的基本概念

理想气体的比内能、比焓、比热及比热比存在如下关系:

3.燃烧产物气体的吉布斯自由焓第一节

燃烧热力学的基本概念

自由焓又叫吉布斯函数，用符号G表示，在热力学中，它的定义为G=H-TS或g=h-ts。在规定的参考压力p0=1.01325×105Ｎ/ｍ２时的吉布斯函数称为标准吉布斯函数g0。g0只是温度的函数，即:

对于某一种气体,比吉布斯函数由下式确定:式中:ｇ０———绝对零度时的比吉布斯函数,由于T=0时,S=0故有:4.瞬时过量空气系数ϕｐ第一节

燃烧热力学的基本概念

实际燃烧过程中,工质成分及工质其他特性参数随着过程的进行而变化,即工质特性参数随曲轴转角ϕ而变化,用瞬时过量空气系数ϕｐ来表示工质的成分变化,ϕｐ又称为广义过量空气系数,假定某瞬时气缸内工质总质量为ｍ,可以把它分成空气质量和燃料质量两部分,即使对残余废气也是这样处理(由汽缸内残余废气量折算成燃料质量),即m=mL+mB这样就可引入瞬时过量空气系数的概念,其定义为:第二节

燃烧反应的化学平衡及平衡条件

由于燃料燃烧时不断放热使燃烧产物温度增高，高温下会产生分解，增加了逆向反应。

逆向反应会使反应温度降低，反应物和产物的摩尔数改变，为此需考虑正逆反应的化学平衡问题。1867年Guldberg和Waage发现了质量作用定律，即反应速率与反应物的浓度成正比，并从正、逆反应速率相等达到动态平衡导出了平衡常数，在此，从热力角度讨论并导出平衡常数。第三节

燃烧产物的计算

在简易的燃烧过程计算中，都假设燃烧是“一步完成的”“完全的”，亦即燃料在有足够的O2的情况下全部反应生成燃烧产物CO2和H2O。从化学平衡角度计算得到的各种燃烧产物在其热力学状态下的摩尔分数，显然与一步完成的“完全燃烧”不同,因而燃烧产生的平均分子量、气体常数、内能、焓等参数也就不同。

第三节

燃烧产物的计算一般可以选择下列7个离解或中间反应的平衡条件,建立7个平衡常数方程,即:式中:Ｋ１~Ｋ１０———平衡常数Ｐ———系统总压力由上可得：第四节

氧化氮的计算

汽油机的有害排放物主要是一氧化碳CO、氮氧化物NOx及未燃的和未完全燃烧的碳氢化合物，在排出的NOx中，NO2数量较少，主要是NO，而NO的形成并非平衡过程，它不直接在燃烧区中形成，而主要在火焰后的已燃区气体中逐渐产生的，所以按照化学平衡方法计算得到的NO浓度与试验值不符，试验测量的NO浓度远远高于其在平衡状态下的浓度。这是由于ＮＯ一旦生成，在膨胀和排气过程中，它将以非平衡量保存下来，即使温度和压力下降，ＮＯ的浓度依然保持不变，这种现象称之为“高温冻结”。第四节

氧化氮的计算

后来又发展了这一机理，增加了Ｎ和ＯＨ根之间的其他反应，其扩展机理的主要反应为：

式中:K1、K2...K7———各反应控制方程的正反应速度常数

K-1、K-2...K-7———相应的控制方程的逆反应速度常数第四节

氧化氮的计算

根据质量作用定律,求出上述正反应的速度常数如下：

第四节

氧化氮的计算

图5-1为一台汽油机在最大功率工况时NO生成量的计算结果,