燃混合气热值定义为单位质量或单位体积的可燃混合气在标准状态下定压或定容完全燃烧时的低热值。它取决于燃料热值以及燃料与空气的混合比例。
中文名
可燃混合气热值
领 域
内燃机
目录
1 燃料低热值
2 混合气浓度
▪ 空燃比
▪ 过量空气系数
▪ 燃空当量比
3 计算
▪ 质量热值
▪ 摩尔热值
▪ 体积热值
4 规律
燃料低热值
编辑 播报
燃料热值定义为单位质量的燃料在标准状态(温度298 K,压力101.3kPa)下,定压或定容完全燃烧所能放出的热量,即反应热。热值是反映燃料在标准热状态和确定热力过程条件下燃烧时所能释放的化学能。燃料的定容热值和定压热值相差不大,实际上多采用定压热值,因其便于测量。单位kJ/kg为或kJ/kmol。
对于含H的燃料,如烃燃料,燃烧产物以H_2 O气态排出,其气化潜热未能释放时的热值叫低热值(low heating value),用H_u表示。由于发动机废气温度很高,废气中的H_2 O呈气态,所以适用低热值。 [1]
混合气浓度
编辑 播报
因为燃烧时的缸内工质是燃料与空气组成的可燃混合气,所以影响燃烧放热量的参数不仅有燃料热值,还有空气量,用可燃混合气热值来评价燃烧放热量更全面、更合理。燃料与空气的比例反映了混合气中燃料的浓度,是发动机的一个极为重要的参数。混合气浓度有如下三种不同的表示方法。
空燃比
空燃比(air-fuel ratio)α定义为混合气中空气质量与燃料质量之比。α是无量纲参数,国外常用A/F表示空燃比。 [2]
过量空气系数
设单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气质量为l_0个个单位,而实际供给的空气质量为l个单位,l_0和l均为无量纲量,则过量空气系数(excess air ratio)ϕ_a定义为
ϕ_a=l/l_0
ϕ_a>1为稀混合气;ϕ_a<1为浓混合气;ϕ_a=1则为化学计量比(stoichiometric ratio)混合气,此时燃料与空气中的氧气恰好能完全反应燃烧掉。事实上,l_0可以看作是化学计量空燃比,l是实际空燃比,因此过量空气系数ϕ_a又称为相对空燃比( relative air-fuel ratio),国外常用λ表示过量空气系数。
燃空当量比
燃空当量比(equivalence ratio)ϕ定义为单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气质量与实际供给的空气质量之比,是过量空气系数ϕ_a的倒数。国外更多地用燃空当量比ϕ表示混合气浓度。
以上三种混合气浓度参数可相互转换。若用于燃烧的燃料质量为m,那么供给的空气质量为m∙l=m∙ϕ_a∙l_0,则有α= (m∙ϕ_a∙l_0)/m=ϕ_a∙l_0
而ϕ_a=1/ϕ
通过计算可得汽油的化学计量空燃比l_0=14.8,柴油的l_0=14.3,故汽油机的α=14.8ϕ_a,柴油机的α=14.3ϕ_a。
计算
编辑 播报
质量热值
可燃混合气质量热值H_um定义为,单位质量混合气在标准热状态下完全燃烧所释放的热量。若单位质量的燃料供给个l个单位质量的空气,则可燃混合气的质量热值H_um为H_um=H_u/(1+l)=H_u/(1+ϕ_a∙l_0 )
上式仅适用于ϕ_a≥1,因为ϕ_a<1时,部分燃料不能完全燃烧,其化学反应过程与完全燃烧的化学反应过程不同,有另外的热值计算方法。
需要注意的是,对于ϕ_a或ϕ,应该分清是缸内局部区混合气的实际值,还是整个缸内混合气的平均值。柴油机在喷雾及混合气形成过程中,缸内各处的混合气浓度是不均匀的。进行整机性能分析时,往往用的是平均值,而在燃烧和排放分析时,常常会用到局部的实际值。常规汽油机因为是预制均匀混合气,缸内各处的ϕ_a或都ϕ是相同的。
摩尔热值
按单位摩尔数混合气的燃烧放热量来定义,即
〖(H_um)〗_m=H_u/(ϕ_a·L_0+1/M_r )
〖(H_um)〗_m为可燃混合气的摩尔热值,单位kJ/kmol
体积热值
按单位体积混合气的燃烧放热量来定义,即
(〖H_um)〗_v=H_u/(〖24.45(ϕ〗_a·L_0+1/M_r ))
(〖H_um)〗_v为可燃混合气的体积热值,单位kJ/m^3。1∕M_r是单位质量燃料蒸气的摩尔数,单位kmol/kg。考虑到1kmol 气体在273K、101.3kPa状态下对应为22.4个相应单位的体积(m^3),
但标准热状态是298K和101.3kPa,二者温度有25K 的差别,故将常数22.4修正为24. 45。以上可燃混合气热值的计算式不适用于ϕ_a<1的场合。
规律
编辑 播报
在化学计量比混合气条件下,可总结出如下规律。
1)液体烃燃料的H∕C质量比(或C_n H_m中的m∕n比值)下降时,C量增大,因为纯C热值要比纯H热值低很多,所以燃料热值有所下降。但是H燃烧时所需空气量比C燃烧时也要多很多,结果各种液体烃燃料的可燃混合气热值相差不大。像是汽油的热值高于柴油,但可燃混合气热值却相近就是这个道理。
2)气体烃燃料由于本身相对分子Mr质量较小,燃料蒸气体积不可略去,因而可燃混合气热值偏低。这就是天然气(CH_4)的可燃混合气热值在所有烃燃料中为最低的原因。
3)含氧醇燃料(如甲醇、乙醇)由于氧含量多,其热值比汽油、柴油低得多。但因燃料中的氧也参与燃烧,所需加入的空气量就相应下降,结果醇燃料的可燃混合气热值也与汽油、柴油的相近。因醇燃料本身相对分子质量Mr较低,其(〖H_um)〗_v也就偏小一些。
4)纯氢燃料的热值最高,约为汽油、柴油的3倍,但所需空气最也约为汽油、柴油的3倍,如果计及氢本身所占体积,则其可燃混合气热值会很低。因此直接使用气态氢会大大降低发动机的动力性。只有在进气后的压缩过程中向缸内直接喷液态氢才会大幅度提高有效平均压力,这并非混合气热值加大,实质上是相当于增压的效果使混合气的密度上升,每循环的发热量也上升。氢发动机的混合气形成涉及很多具体的技术问题,可参看专门书籍。
以上分析表明,尽管各种燃料的热值差别很大,但大多数燃料的可燃混合气热值却很接近,因此改用代用燃料时,发动机的动力性一般不会大幅下降。即使可燃混合气热值有些降低,这也仅是决定动力性的一个因素(当然是很重要的因素),还可以通过其他措施来加以调节。天然气、石油气以及醇类代用燃料的辛烷值高于汽油,可以通过提高发动机压缩比来改善它们的动力、经济性。汽油机改烧甲醇后可提高压缩比,再加上充气量的增加(甲醇气化潜热大,进气温度低之故)等因素,甲醇发动机的输出功率往往高于原汽油机。
什么是可燃混合气?有什么作用?
答:什么是可燃混合气?——把可燃气体(如天然气、液体气)与氧气(或空气)按燃烧所需的比例组成的混合气体! 有什么作用?——可在无氧气的环境中点燃!
2017-06-28 回答者: laowangwf 1个回答 6
汽车术语:可燃混合气是什么意思
答:简单地说就是油料在通过化油器后被吸入在高压气室里与空气混合而形成的气体就是汽车术语:可燃混合气
2020-02-05 回答者: 牛璠瑞童 5个回答 5
可燃混合气的定义。
答:汽油喷射成雾状,按一定的比例与空气均匀混合,能够进入气缸燃烧
2019-09-24 回答者: 北京万通汽车学校 1个回答
汽车的可燃混合气是怎么形成的?
答:你好,是在发动机缸体内或者进气管中,空气和油雾进行混合,形成混合物。希望可以帮助到你D
2020-07-28 回答者: 呼和浩特万通汽修学校 5个回答 1
发动机的可燃混合气是什么,如果不正常该怎么办呢?
答:我们的汽车在日常使用中有时会出现加不上油、发动机回火、放炮等现象,有时又会出现排气管冒黑烟、油耗突然升高的现象,这是因为你的车混合气过稀(或过浓)了。那么这个混合气的稀与浓是什么意思呢?小编就来给大家解析:汽车发动机究竟需要什...
2021-03-02 回答者: wxsmzmyBAA 4个回答 2
汽油机点燃可燃混合气是用什么
答:汽油机点燃可燃混合气是用火花塞。 汽油机点燃可燃混合气是靠火花塞的两个电极间的高压跳火完成的。