- •5.2.1 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •1 Краткая история создания поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •2 Классификация двс
- •3 Требования к двигателям
- •4 Параметры и оценочные показатели двигателей
- •1) За счёт увеличения n посредством выбора соответствующих фаз газораспределения и настроек топливной аппаратуры;
- •2) За счёт увеличения mn посредством повышения цикловых подач топлива gт и воздуха gв;
- •3) Комбинация первых двух способов.
- •Теория двс
- •Основные понятия термодинамики
- •1) Совершение работы;
- •2) Теплообмен.
- •5.2 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •5.2.1 Параметры состояния рабочего тела и законы идеальных газов
- •5.2.3 Первый закон термодинамики
- •5.2.4. Термодинамические процессы в идеальных газах
- •3. Связь между параметрами изотермического процесса определяется законом Бойля — Мариотта
- •6. Рабочие циклы двс
- •7 Теоретические термодинамические циклы
- •7.1. Цикл с подводом теплоты при постоянном объёме
- •7.2. Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении
- •7.4. Циклы двигателей с турбонаддувом
- •Тема № 8. Топливо для двигателей самоходных машин
- •8.1 Структура топлива нефтяного происхождения
- •8.2 Требования к моторному топливу и его показатели оценки
- •1) Моторным (такой бензин обозначается буквой а с числом, которое показывает октановое число, то есть процентное содержание изооктана в смеси с гептаном эквивалентной данному бензину, например, а-76);
- •2) Исследовательским (обозначается двумя буквами аи, например, аи-93).
- •Тема № 9 Основы теории горения
- •9.1 Основные параметры горения топлива
- •0,78 И 0,21 - относительное объёмное содержание азота и кислорода в воздухе.
- •9.2 Виды горения
- •1) Диффузионно-цепной;
- •2) Тепловой.
- •1) Диффузионное горение несмешанных газов, где скорость горения в основном определяется скоростью перемешивания молекул топлива и окислителя;
- •2) Горение капель жидкого топлива, где началу горения предшествует испарение топлива и диффузионное перемешивание;
- •3) Горение твёрдого топлива, где процессу горения предшествует газификация (возгонка) топлива и его последующее перемешивание с окислителем.
- •9.3 Основы химической кинетики
- •9.4 Цепные химические реакции
- •9.5 Горение в дизелях
- •9.5.4 Горение в двигателях с принудительным воспламенением
- •Тема № 10. Токсичность двс
- •Тема № 11. Регулирование и характеристики двигателей самоходных машин
- •Путём изменения количества работающих цилиндров I;
- •Изменяя угловую скорость коленчатого вала д;
- •За счёт изменения среднего эффективного давления pe.
- •1) Количественное;
- •2) Качественное.
- •Нагрузочные, когда аргументом является среднее эффективное давление pe или мощность Nд;
- •Регулировочные, когда в качестве аргумента используется какой-либо регулируемый параметр, например, угол опережения зажигания н.
- •1) С всережимным регулятором двигателя врд (рис. 11.3,а);
- •2) С двухрежимным регулятором 2рд (рис. 11.3,б);
- •3) С многорежимным регулятором (рис. 11.3,в), в частности двигатель постоянной мощности (дпм).
- •Тема № 13. Термодинамический расчёт двс
- •Тема № 14. Кинематика и динамика кшм
- •Тема № 15. Кинематика и динамика грм
- •Тема № 16. Уравновешивание двигателей
- •Тема №17. Перспективы развития двигателей самоходных машин
9.4 Цепные химические реакции
Наблюдения учёных над развитием химических процессов показали, что для объяснения механизма реакции недостаточно простых кинетических представлений. Вещества реагируют друг с другом не мгновенно, а за определённый промежуток времени, в течение которого исходные реагенты превращаются в конечные не непосредственно в результате прямых соударений молекул, а с образованием ряда промежуточных продуктов. Такой механизм взаимодействия свойственен подавляющему большинству веществ. Он носит название цепной химической реакции. Это явление было открыто в начале ХХ века российским учёным Шиловым Н.А. В 1926 году советским академиком Семёновым Н.Н. разработана теория цепных реакций.
Определяющее значение в развитии цепной реакции имеют особые активные частицы (радикалы и ионы), которые легко вступают во взаимодействие с исходными и промежуточными веществами реакции. Каждое взаимодействие может порождать конечные продукты и (или) новые активные частицы, которые опять вступают в контакт друг с другом и (или) с исходными веществами и т.д. При достижении определённой температуры и давления цепная реакция развивается практически мгновенно. Механизм цепных реакций лежит в основе теории взрыва. Именно микровзрыв имеет место в цилиндре ДВС при его работе.
Если в результате столкновения активной частицы с какой-либо молекулой получается только одна новая активная частица, то такую реакцию называют неразветвлённой, если же получается две активных частицы и более, то - разветвлённой. Примером неразветвлённой цепной реакции может служить фотохимическая реакция соединения водорода с хлором:
Cl2 + h = Cl + Cl - зарождение цепной реакции в результате
попадания фотона h в молекулу хлора;
Cl + H2 = HCl + H - продолжение цепной реакции; (10.23)
H + Cl2 = HCl + Cl - продолжение цепной реакции;
Cl + H2 = HCl + H - и т.д.
Экспериментально установлено, что при поглощении только одного кванта света h образуется до миллиона молекул HCl.
Окончание цепной реакции (обрыв цепи) может происходить в результате столкновения двух активных частиц, например, H+H = H2, или при поглощении энергии активной частицы стенкой. Причём в качестве стенки может выступать не только контрольная поверхность, но и какая-либо инертная молекула, например, азот воздуха N2. При этом, если энергия активной частицы достаточно велика, она может разбить молекулу азота и вступить c ним во взаимодействие, то есть начать совсем другую химическую реакцию.
Примером разветвлённой цепной реакции может служить процесс горения метана
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q. (10.24)
Действительный механизм данной реакции выглядит следующим образом:
CH4 + O2 = CH3 + HO2 ;
CH4 + HO2 = H2O2 + CH3 ;
CH3 + O2 = HCOH + OH ;
HCOH + HO2 = H2O2 + HCO; . (10.25)
HCOH + O2 = HCO + HO2 ;
CH4 + OH = CH3 + H2O ;
OH + HCOH = H2O + HCO ;
HCO + O2 = CO + HO2 и т.д.
Реакция (10.25) начинается после столкновения двух активных молекул - метана и кислорода. Чтобы разбить электронные оболочки друг друга эти молекулы должны иметь достаточно большие скорости. В результате получается два радикала. В последующих столкновениях появляются новые осколки молекул и новые вещества, например, формальдегид HCOH и перекись водорода H2O2.
Рассмотренная реакция относится к классу слаборазветвлённых. Но, чем сложнее молекулы исходных веществ, например, углеводородные соединения бензина и дизтоплива, тем разветвлённее цепная реакция, тем больше радикалов и промежуточных продуктов реакции.
Скорость неразветвлённой цепной реакции определяется, во-первых, количеством новых активных частиц, появляющихся в единицу времени, то есть по закону Аррениуса dK1 / dt = D pn , во-вторых, средней длиной цепи . Тогда справедливо соотношение
vr = D pn . (10.26)
Нетрудно заметить, что скорость цепной реакции в раз больше скорости обычной реакции по Аррениусу.
В начальной стадии реакции горения, то есть когда температура не превысит определённого порога, = 1. В этом случае справедливы зависимости формальной химической кинетики. При достижении температуры разветвлённой цепной реакции имеет место зависимость
vr = A , (10.27)
где - коэффициент, зависящий от соотношения вероятностей продолжения, разветвления и обрыва цепей, то есть в конечном счёте от температуры рабочего тела и его давления;
t - время реакции.
Зависимость (10.27) выражает автокаталитический быстро ускоряющийся характер разветвлённой цепной реакции. Графическая интерпретация данной зависимости показана на рис. 10.2, где в течении времени i реакцию практически трудно обнаружить, так как процессы протекают весьма медленно из-за низкой температуры и малого количества активных частиц (центров). Поэтому данный отрезок времени i называют периодом индукции, то есть временем накопления активных центров, или временем задержки воспламенения. При увеличении температуры смеси идёт быстрое самоускорение реакции до максимальной величины vrmax. Затем, по мере выгорания топлива, скорость уменьшается.
Величина периода индукции определяет угол опережения зажигания в двигателях с принудительным воспламенением или угол опережения начала впрыска топлива в дизелях н. Следует отметить, что при увеличении октанового числа бензина возрастает не только его теплотворная способность, но и период индукции.
Основными факторами, определяющими i, являются: а) температура топливовоздушной смеси; б) давление рабочего тела; в) качество смеси ; г) свойства топлива (ОЧ и ЦЧ). При использовании стандартного топлива по ГОСТ 305-73 и ГОСТ 4749-73 определяющими факторами для i являются термодинамические параметры рабочего тела (T и p) в начале воспламенения, то есть период индукции зависит от угла н и герметичности цилиндра. Для современных дизелей с непосредственным впрыском топлива при работе на номинальном режиме время задержки воспламенения составляет 1 ... 5 мс. Пределом для стандартного топлива считается i = 0,3 мс.