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1、第三节 内燃机的燃料及其热化学,内燃机的燃料,燃烧热化学,Engine Fuel and Stoichiometric Combustion,主要学习内容,内燃机的燃料 ENGINE FUELS,第六章学习,1、石油基液体燃料,2、内燃机的替代燃料,汽油和柴油,一、石油 Petroleum,石油又称原油，是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的混合物，属于化石燃料的一种。 石油基液体燃料主要由碳 （83% 87%）、氢（11% 14%）两种元素构成，含少量的硫（0.06% 0.8%）、氮（0.02% 1.7%）、氧（0.08% 1.82%）及微量金
2、属元素（镍、钒、铁等）. 石油的性质因产地而异，密度为0.8 1.0 克/厘米3，粘度范围很宽，凝固点差别很大（30 -60C），沸点范围为常温到500以上，可容于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。 石油的组成:烷烃、环烷烃、芳香烃三类。 通常以烷烃为主的石油称为石蜡基石油；以环烷烃、芳香烃为主的称环烃基石油；介于二者之间的称中间基石油。,石油产品 Petroleum Chemicals,石油产品可分为： 石油燃料、 石油溶剂与化工原料、 润滑剂、石蜡、石油沥青、石油焦等6类。 其中， 各种燃料产量最大， 约占总产量的90%； 各种润滑剂品种最多， 产量约占5%。 汽油: 沸点范围(
3、馏程)30205 ,密度0.700.78 喷气燃料：煤油，沸点60280 柴油: 轻柴油、重柴油，沸点180370和350410 燃料油： 润滑油： 沥青等,石油产品的加工 Petroleum Production,常压蒸馏和减压蒸馏： 原油的脱盐、脱水 常压蒸馏；减压蒸馏(常压塔高瘦，减压塔矮胖） 催化裂化 加氢裂化 产品精制 酸精制（硫酸）除去某些含硫化合物、含氮化合物和胶质。 碱精制 用烧碱水溶液处理油品，除去含氧化合物和硫化物；除去酸精制时残留的硫酸。 脱臭是针对高硫油制成的汽、煤、柴油，因含硫醇而产生恶臭。 加氢在催化剂作用下，除去含硫、氮、氧的化合物和金属杂质 脱蜡分子筛吸附航空煤
4、油、柴油等中的石蜡 白土精制用白土（二氧化硅和三氧化二铝）吸附有害物质 调合、添加添加剂外等,二、汽油与柴油 Gasoline and Diesel,柴油： 轻柴油的碳原子数在1022之间，平均相对分子量在170左右。,汽油： 汽油中烃类的碳原子数一般在512之间，平均相对分子量在110左右,1、汽柴油的理化特性 Fuel Properties Comparison,汽油 柴油,2、汽油与柴油的燃料特性 Fuel Properties,挥发性 抗爆性,自燃性 低温流动性,REID 蒸汽压,3、汽油的燃料特性 Properties of Gasoline,用标准仪器在一定条件下（38）测定。,请
5、同学们自己检索，学习掌握。,汽油的辛烷值,3、汽油的燃料特性 Properties of Gasoline,异辛烷的辛烷值为100，正庚烷的辛烷值为0。将油料的爆燃强度同异辛烷与正庚烷的混合液的爆燃强度相比较，当两者相同时，标准混合液中所含异辛烷的体积百分比，即为所试油料的辛烷值。,汽油抗爆性评定 Octane Number Rating,研究法辛烷值(RON),燃料的灵敏度= RON - MON,抗爆指数= (RONMON) / 2,在单缸试验机下测定。进气温度51.7C，冷却水温度100C，转速600 r/min，点火提前角为13CA，试验时调整到发生强烈爆燃,在单缸试验机下测定。马达法的
6、试验工况规定为：转速900 r/min，冷却水温度100C，混合气温度149C，点火提前角为1426CA，试验时调整到中等爆燃,马达法辛烷值(MON),Road ON,道路辛烷值 Road Octane Number,在实际发动机上标定,抗爆添加剂 Octane Number Improver,四乙基铅（乙基液） 甲基叔丁基醚（MTBE）、乙基叔丁基醚（ETBE）、叔丁醇、甲醇、乙醇等,MTBE有一定毒性。美国已禁止使用，亚洲和欧洲目前仍在使用，我国目前车用无铅汽油辛烷值改进剂主要使用MTBE。,石油炼制；乙醇；生物丁醇；等等,柴油的十六烷值(Cetane Number),3、柴油的燃料特性
7、Properties of Diesel,定义正十六烷的十六烷值为100，-甲基萘的十六烷值为0。将所试柴油的自燃性，同正十六烷与-甲基萘混合燃料的自燃性进行比较，当两者相同时，混合燃料中的正十六烷的体积百分比，即为所试柴油的十六烷值。,正十六烷：100 异十六烷：15(iso-centane，heptamethylnonane, HMN ),柴油的流动性,3、柴油的燃料特性 Properties of Diesel,浊点 凝点,燃烧热化学 Combustion Chemistry,一、化学计量空燃比 Stoichiometric Air Fuel Ratio,当燃料在空气中燃烧时，一定质量空
8、气中的氧刚好使一定质量的燃料完全燃烧，即将碳氢燃料中所有的碳、氢完全氧化成二氧化碳和水，而空气中的氮并不参与反应，则此时的空气与燃料的质量或物质的量的比称为燃料燃烧的化学计量空燃比（理论空燃比）。,为方便计算，简单地认为空气中除氧气外，其余均为氮气，因此空气中1摩尔的氧气，就对应有（10.2095）/0.2095=3.773摩尔的氮气。,gas vol.% molar wt. O2 20.95 31.998 N2 78.09 28.012 Ar 0.93 38.948 CO2 0.03 44.009 Air 100.00 28.962,空气的成分,二、理论空燃比的计算 Calculation
9、of (A/F)st,甲烷在空气中的燃烧 CH4+2(O2+3.773N2) = CO2+2H2O+7.546N2+热量 16 275.3 1 l0 则 l0 =275.3/16=17.2,CHO燃料理论空燃比计算通式,1kg燃料完全燃烧所需的理论空气质量,记：,则：,三、燃料的热值 Heating Value,在标准状态下（1大气压，298.15K），每千克燃料完全燃烧所放出的热量称为燃料的热值。 内燃机的燃料含有一定量的氢元素，若将燃烧生成的水蒸气冷凝成液态的水，由于水蒸气要释放出汽化潜热，所测量的燃料热值就高，称为高热值，反之，若燃烧生成的水以蒸气状态存在，所获得的热值称为低热值 在内燃
10、机实际工作状态下，缸内气体温度高，水蒸汽的汽化潜热是不可能被利用的，因此一般所说的燃料热值指的是燃料的低热值。 燃料的热值在数值上等于燃烧反应的焓降，即生成物的生成焓与反应物生成焓的差，但符号相反。,汽柴油几个热值参数,四、残余废气系数 Residual Gas Ratio,内燃机缸内存在一定量的残余废气，或有时为了控制最高燃烧温度，引入废气再循环，使缸内气体成分和性质发生一些变化。,发动机每循环缸内气体的总质量为m0，由本循环吸入的新鲜充量m1，上一循环残留在缸内的废气mr,残余废气系数定义为,在本循环吸入的新鲜充量m1中，若其中一部分是来自发动机的排气，以稀释可燃混合气的浓度，控制NOx的生成与排放，称为废气再循环。 废气再循环率的定义为参与再循环的废气量mEGR占新鲜充量m1的百分比，即,五、废气再循（EGR）率 (EGR Ratio),按进气二氧化碳浓度计算EGR率,
