内燃机第三章资料.ppt
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1、第三章第三章 内燃机燃料与燃烧内燃机燃料与燃烧.第三章第三章 内燃机燃料与燃烧内燃机燃料与燃烧l 内燃机的燃料及其提炼方法内燃机的燃料及其提炼方法l 燃料的使用性能燃料的使用性能l 燃料的热化学燃料的热化学l 燃烧的基本理论燃烧的基本理论2024/4/18 周周四四l常规燃料常规燃料汽油和柴油汽油和柴油l替代燃料替代燃料除汽油、柴油以外的烃类除汽油、柴油以外的烃类/醇类醇类/醚类醚类/酯类酯类/氢气等氢气等燃料燃料1)按物按物态态分分类类:液体:甲醇、乙醇、二甲液体:甲醇、乙醇、二甲醚醚(DME)、生物柴油、生物柴油、GTL/CTL/BTL气体:气体:LPG、CNG、氢氢气、沼气、煤气气、沼气
2、、煤气2)按成份按成份(是否含氧是否含氧)分分类类:烃烃燃料燃料(除汽油、柴油外除汽油、柴油外)和含氧燃料和含氧燃料趋势:汽车燃料多元化趋势:汽车燃料多元化(Diversification)一、燃料及其分类一、燃料及其分类2024/4/18 周周四四二、燃料的化学结构二、燃料的化学结构n nAlkAlka anesnes or ParaffinsParaffins-CnH2n+2n nAlkAlke enesnes or OlefinsOlefins-CnH2n烷烃烷烃 甲烷甲烷乙烷乙烷异辛烷异辛烷C-C单单健健饱和烃,氧化稳定性好;饱和烃,氧化稳定性好;异构体结构紧凑异构体结构紧凑,不易不易
3、断链断链,不易自燃不易自燃烯烃烯烃 乙烯乙烯丙烯丙烯丁二烯丁二烯CC双健双健2024/4/18 周周四四二、燃料的化学结构二、燃料的化学结构n nAlkAlky ynesnes or AcetylenesAcetylenes-CnH2n-2炔烃炔烃 乙炔乙炔CC三健三健多键非饱和烃结合牢固,不易断链,不易自燃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但不饱和烃稳定性差,长期存放容易氧化变质芳香烃芳香烃 benzene苯苯toluene甲苯甲苯naphthalene萘萘环状结构紧凑环状结构紧凑,不易断链不易断链,不易不易自燃自燃n nAromaticsAro
4、matics-CnH2n-62024/4/18 周周四四二、燃料的化学结构二、燃料的化学结构环烷烃环烷烃 NapthenesC-C单健单健CnH2n环烷烃属饱和烃,性质环烷烃属饱和烃,性质比较稳定,不易断链,比较稳定,不易断链,不易氧化变质不易氧化变质n nAlcoholsAlcohols-contain one or more OH groups醇醇 乙醇乙醇燃料含氧促进燃烧燃料含氧促进燃烧甲醇甲醇2024/4/18 周周四四三、化学结构及成分对理化特性的影响三、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烃燃料结构对理化特性的影响n 链与环链与环 环化学稳定性好,不易自燃
5、环化学稳定性好,不易自燃n 直链与支链直链与支链(或正烷与异烷或正烷与异烷)支链支链(异烷异烷)的化学稳定性好,抗爆好的化学稳定性好,抗爆好(如正庚烷如正庚烷C7H16和异辛烷和异辛烷C8H18的辛烷值分别为的辛烷值分别为0和和100)n 单键和多键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,贮存中易氧化结胶结胶(如烯烃如烯烃)燃料抗爆性比较:燃料抗爆性比较:1)1)环烷烃环烷烃 正烷烃正烷烃2)2)烯烃烯烃 正烷烃正烷烃3)3)异烷烃异烷烃 正烷烃正烷烃4)4)芳香烃芳香烃 烷烃烷烃/烯烃烯烃燃料自燃性比较:燃料自燃性比较:1
6、)环烷烃环烷烃 正烷烃正烷烃2)烯烃烯烃 正烷烃正烷烃3)芳香烃芳香烃 烷烃烷烃/烯烃烯烃4)1-甲基奈甲基奈 压不着压不着三、化学结构及成分对理化特性的影响三、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烃燃料结构对理化特性的影响n 链与环链与环 环化学稳定性好,不易自燃环化学稳定性好,不易自燃n 直链与支链直链与支链(或正烷与异烷或正烷与异烷)支链支链(异烷异烷)的化学稳定性好,抗爆好的化学稳定性好,抗爆好(如正庚烷如正庚烷C7H16和异辛烷和异辛烷C8H18的辛烷值分别为的辛烷值分别为0和和100)n 单键和多键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
7、中易氧化多键非饱和烃不易断链,不易自燃,但稳定性差,贮存中易氧化结胶结胶(如烯烃如烯烃)2)烃燃料成分对理化特性的影响烃燃料成分对理化特性的影响n C C原子数原子数原子数原子数(直链直链直链直链):C越多,化学稳定性差,着火温度低,易自燃;物越多,化学稳定性差,着火温度低,易自燃;物理稳定性好,不易气化理稳定性好,不易气化n H/CH/C比比比比l 燃料热值燃料热值由由H/C比决定比决定,由于由于H比比C的热值高的热值高(约约3.7:1),柴油,柴油H/C 汽油汽油H/C 柴油柴油Hu(42500kJ/kg)MON燃料敏感性燃料敏感性Sa RONMON抗爆指数抗爆指数Ai=(RON+MON)
8、/2马达法和研究法辛烷值的测量马达法和研究法辛烷值的测量:一、汽油的使用性能一、汽油的使用性能1.自燃性自燃性自燃性自燃性:可燃混合气在一定温度、压力条件下自行着火燃烧的能力可燃混合气在一定温度、压力条件下自行着火燃烧的能力n 自燃性对柴油尤其重要,自燃性差,则起动性差,工作粗暴自燃性对柴油尤其重要,自燃性差,则起动性差,工作粗暴n 十六烷值是评价柴油自燃性好坏的指标十六烷值是评价柴油自燃性好坏的指标十六烷值十六烷值Cetane C16H34Cetane NumberCN=100Cetane NumberCN=0 甲基萘甲基萘 Methylnaphthalene C11H10 二、柴油的使用性
9、能二、柴油的使用性能HCCHHHH.HCCHHHHCCCCCCCCCCHHHHHHHCH3燃油十六烷值的测量燃油十六烷值的测量:二、柴油的使用性能二、柴油的使用性能 2.蒸发性蒸发性馏程馏程:燃油馏出某百分比的温度范围:燃油馏出某百分比的温度范围n 50馏出温度表征平均蒸发性,低蒸发性好,说明轻馏分多、蒸发快,有利馏出温度表征平均蒸发性,低蒸发性好,说明轻馏分多、蒸发快,有利于混合气形成。于混合气形成。n 90和和95馏出温度标志难于蒸发的重馏分的数量。如重馏分过多,不易蒸馏出温度标志难于蒸发的重馏分的数量。如重馏分过多,不易蒸发和形成均匀混合气,燃烧亦不及时和完全。发和形成均匀混合气,燃烧亦
10、不及时和完全。3.雾化雾化性性粘度粘度:表示燃料分子间内聚力的大小:表示燃料分子间内聚力的大小n粘度越大,雾化后油滴的平均直径也越大,使燃油和空气混合不均匀,燃烧粘度越大,雾化后油滴的平均直径也越大,使燃油和空气混合不均匀,燃烧不及时或不完全,燃油消耗率增加,碳烟排放增加。不及时或不完全,燃油消耗率增加,碳烟排放增加。n喷油泵柱塞、喷油器的喷针都是靠燃油润滑,所以柴油应具有一定的粘度。喷油泵柱塞、喷油器的喷针都是靠燃油润滑,所以柴油应具有一定的粘度。一般轻柴油的运动粘度在一般轻柴油的运动粘度在 20oC时为(时为(2.58)10-6 m2/s。二、柴油的使用性能二、柴油的使用性能1)1)混合气
11、形成方式不同混合气形成方式不同混合气形成方式不同混合气形成方式不同汽油汽油易气化,缸外低压喷射蒸发,与空气形成预制易气化,缸外低压喷射蒸发,与空气形成预制均质混合气均质混合气柴油柴油难气化,缸内高压喷雾成细小液滴,与空气形成难气化,缸内高压喷雾成细小液滴,与空气形成非均质非均质(分层分层)混合气混合气2)2)着火及燃烧方式不同着火及燃烧方式不同着火及燃烧方式不同着火及燃烧方式不同汽油汽油难自燃,易难自燃,易点燃点燃(SI),用高压电火花点燃,用高压电火花点燃 预混燃烧预混燃烧,火焰传播。可在,火焰传播。可在 a=1的条件下完全燃烧的条件下完全燃烧柴油柴油难点燃,易难点燃,易压燃压燃(CI)扩散
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