第2章_燃料工质与热化学.ppt

点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控,陈勋,宁夏大学汽车工程系,汽车发动机原理AutomotiveEngineFundamentals,◎燃料理化特性决定了内燃机混合气形成和着火方式，是造成内燃机不同工作方式的决定因素◎燃料热值（混合气热值），既是内燃机原理的基础之一，也是影响动力性和经济性“量”环节的主要因素之一热化学）◎工质热力参数对循环热效率有巨大的影响，是决定内燃机动力性、经济性“质”环节的重要因素◎燃油组分对燃烧和排放有重要影响，是发动机满足严格排放法规的关键环节之一,讲课内容,,第一部分动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力,,1.燃料及其理化特性2.汽油机与柴油机工作模式的差异3.工质及其热力特性4.燃烧热化学,讲课内容,第一部分动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力,,,,,发动机替代燃料的分类,替代燃料除石油汽油、柴油以外的烃类/醇类/醚类/酯类/氢气等燃料,AlkanesorParaffins-singlebondsbetweencarbons-CnH2n2AlkenesorOlefins-oneormoredoublebondsbetweencarbons-CnH2nAlkynesorAcetylenes-oneormoretriplebondsbetweencarbons-CnH2n-2,烷烃,烯烃,炔烃,甲烷,乙烷,异辛烷,乙烯,丙烯,丁二烯,乙炔,C-C单健,C＝C双健,C≡C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安定性差，长期存放容易氧化变质,饱和烃，氧化安定性好；异构体结构紧凑,不易断链,不易自燃，理想汽油成分,碳氢hydrocarbon燃料的分类,碳氢hydrocarbon燃料的分类,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，较为理想的汽油组分,芳烃,benzene苯,toluene甲苯,naphthalene萘,环状结构紧凑,不易断链,不易自燃,Aromatics-oneormoreringstructures－CnH2n-6/12,Alcohols-containoneormoreOHgroups,醇,甲醇,乙醇,燃料含氧促进燃烧,含氧oxygenated燃料的分类,Ethers–containanoxygenatomconnectedtotwoalkylorarylgroupsR–O–R,醚,甲醇,二甲醚,Esters-chemicalcompoundsderivedbyreactinganoxoacidwithahydroxylcompoundsuchasanalcohol,酯,含氧oxygenated燃料的分类,（植物油/脂肪酸）（甲醇）（植物油甲酯/生物柴油）（甘油）,自学含氧燃料的理化特性,烃燃料分子结构、成分与理化特性,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，但安定性差，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,烃燃料分子结构、成分与理化特性,燃料自燃性比较1环烷烃柴油机＝1.031.06，因为汽油H含量大，燃后体积增大多一些柴油机a大，有些空气不参加反应，其前后体积不变,3残余废气residualgas系数残余废气系数r是进气过程结束时，缸内的残余废气量与新鲜充量的质量比式中，mr每循环每缸残余废气质量m1每循环每缸新鲜充量质量◎一般无废气再循环（ExhaustGasRecirculation,简称EGR）的机型r值范围如下汽油机0.060.16，柴油机0.030.06增压柴油机0.000.03◎汽油机r偏高是因为ε小，压缩容积大，低负荷时进气节流强使新鲜充量下降◎增压柴油机r小是因为扫气效果强,燃烧热化学,废气再循环率式中，m’r每缸废气再循环质量,4可燃混合气热值定义单位质量或单位体积可燃混合气发出的热量kJ/kg或kJ/m3Hu低热值表示燃料的能量密度；HumV代表混合气的能量密度，越高则相同工作容积发出的功率越高即pme高,燃烧热化学,注意单位体积可燃混合气热值kJ/m3，更具有可比性,UnitkJ/m3,体积混合气热值与燃料的热值、混合气的密度、混合气浓度和需要的理论空气量有关,汽、柴油等液体烃，随H/C升高，Hu也升高；但H燃烧时所需的空气量比碳燃烧时多，因此Hum基本相同气体烃H/C高，Hu高，但本身是气体密度小，加上H燃烧要求空气多，Hum小含氧燃料甲、乙醇本身含O，Hu低，但需空气也少l0小，Hum与汽、柴油相近纯H2的Hu最高，但气体占体积密度小，且需空气多，Hum反而小,各种燃料的混合气热值比较,结论各种燃料Hu差别较大，但不等于Hum也有相同差别液体燃料Hum大体相同，气体燃料Hum偏低,第2章小结,1）了解一次能源与二次能源（能源载体）的关系2）掌握发动机燃料和烃燃料的分类3）掌握烃燃料组分、C原子数、分子结构等对燃料理化特性的影响4）了解含氧燃料的结构及其对燃料理化特性的影响5）掌握汽油和柴油的主要理化指标（十六烷值、辛烷值、馏程、饱和蒸气压等）的含义和限值6）了解汽油和柴油的制备7）掌握汽油机和柴油机混合气形成、着火和燃烧的差异8）掌握工质主要热力参数（cp,cV和k）随温度和成分的变化规律9）掌握燃料化学计量比燃烧所需空气量l0、混合气热值HumV计算10）了解绝热燃烧温度和化学平衡等概念,