Формула для определения коэффициента избытка воздуха

Карбюраторы. Горючая смесь. Коэффициент избытка воздуха.

e885994s 100

Как было сказано в предыдущем посте, карбюратор представляет собой устройство, готовящее смесь топлива и воздуха в определённых соотношениях. А зачем собственно нужна эта смесь и что это за отношение? Об этом данный пост.

Бензин горит. С этим фактом согласятся многие. И большинство примет это как есть, на веру. Мы с детства видим, как что-то горит, спичка, газ в газовой плите, костёр и так далее. И мы не задумываемся, почему это так происходит. Горит и горит, так должно быть))) Потом мы идёт в школу, учим там химию, кто-то хорошо, кто-то не очень. Тот кто учил, на вопрос: «Почему горит бензин?» скажет: «Потому что происходит процесс окисления. Молекулы кислорода, содержащиеся в воздухе вступают в окислительно-восстановительную реакцию с молекулами бензина, происходит перераспределение электронов между атомами, появляются новые вещества, происходит выброс энергии», и в таком духе)) Тот, кто учил плохо, скажет: «Горит кислород, содержащийся в воздухе». Почему и как он горит — не известно))) Ну, а тот кто не учился, ничего не скажет)))

На самом деле, процесс горения это достаточно сложное явление, и понимать все тонкости и особенности этого процесса дело непростое. Ну да нам оно и не надо)))
Надо понимать лишь следующее: горение это химическая реакция, реакция окисления. В ходе этой реакции молекулы кислорода окружают молекулы горючего вещества и далее в присутствии катализатора (которым обычно выступает высокая температура) происходит обмен электронами между атомами кислорода и горючего вещества. Под словом обмен имеется в виду то, что горючее вещество «отдаёт» электроны окислителю, а окислитель их «забирает».
Главный вывод из всего этого: чтобы что-то сжечь, нужен окислитель и катализатор.
Окислителем может являться любое вещество, чьи атомы, способны принимать электроны. В нашем случае, окислителем всегда будет являться кислород, содержащийся в воздухе.
И тут соответственно второй вывод: чтобы бензин горел, нужен воздух.

Ну и вот собственно мы подошли к вопросу, озвученному в теме: «А сколько же этого самого воздуха нужно?»
Начиная изучать теорию карбюраторов, я натыкался на всевозможные данные о том, сколько нужно воздуха, чтобы полностью сжечь 1 килограмм бензина (да, надо сказать, что дальше и воздух и бензин будет считаться в килограммах, а не в объёме) где-то писали 13, где-то 14, где-то 15. Я долго не мог понять, в чём тут дело. Но в одной книге нашёл отгадку)

Но прежде, чем сказать об этом, нужно прояснить, что такое теоретически необходимое количество воздуха и действительное.

Под теоретически необходимым количеством воздуха понимается количество воздуха в килограммах, необходимое для того, чтобы полностью сжечь (далее я буду всегда говорить «сжечь», «горит», а не «окислить») 1 килограмм бензина.
Под действительным количеством воздуха понимается то количество (в килограммах) которое поступило в цилиндры двигателя непосредственно в данный момент времени.

И вот тут отгадка на вопрос, почему в разной литературе разные данные. Теоретически необходимое количество воздуха подсчитывается по формуле

3a5886as 960

Как видно, в зависимости от состава топлива, получатся разные данные. Но, я буду считать дальше, что для полного сгорания 1 килограмма бензина необходимо 14 килограмм воздуха. Хотя все современные двигатели программируются на соотношение 14,7:1. То есть для полного сгорания 1 килограмма бензина берётся 14,7 килограмм воздуха. Но это считается слегка обеднённой смесью.
Вот мы и подошли к вопросу про бедную и богатую смесь (в общем-то этому тема и посвящена).

Как говорилось ранее, в первой части, про простейший карбюратор, горючая смесь это смесь воздуха и топлива. Эта смесь образуется из капель топлива в результате трения воздуха об эти самые капли. Грубо говоря, воздух как бы становится пропитан топливом. И в зависимости от того, насколько сильно, различают богатую, бедную и нормальную горючую смесь.

Чтобы понять в числах сколько поступило воздуха или топлива в цилиндры двигателя (какая у нас горючая смесь) вводят либо коэффициент избытка воздуха, либо коэффициент избытка топлива. В русской литературе пользуются коэффициентом избытка воздуха. Что же это такое?

Коэффициентом избытка воздуха называют отношение количества воздуха действительно поступившего в цилиндр, к теоретически необходимому (вычисленному по формуле).
Обозначают его обычно буквой «альфа». Для примера, считается он так: если теоретически для полного сгорания нужно 14 кг воздуха и в горючей смеси содержится 14 кг, то альфа = 14/14 = 1. Это нормальная смесь. Если поступило, допустим, 7 кг, то альфа = 7/14 = 0,5. Это богатая смесь. Если поступило 16 кг, то альфа = 16/14 = 1,1. Это бедная смесь. На практике ещё выделяют обогащённую и обеднённую смеси. Допустим при альфа = 1,1 смесь правильнее назвать не бедной, а обеднённой. И в таком духе.

Зачем это всё нужно? Просто дальше, я хочу рассказать уже непосредственно про к133. И первое, что нужно будет сказать, это про его отличия от простейшего карбюратора. И вот там то мне придётся пользоваться словами «бедная», «богатая» и тд. Для многих богатая смесь, это «когда много топлива». а бедная «когда мало»))) В чём то это верно, в чём то не совсем. Некоторые возможно не знают об этом вообще.

Источник

Коэффициент избытка воздуха. В общем виде значение коэффициента избытка воздуха было записано формулой (11)

В общем виде значение коэффициента избытка воздуха было записано формулой (11).

Численное значение коэффициента избытка воздуха рассчитывается обычно по данным газового анализа продуктов сгорания. Существует несколько формул для определения image045.

Обозначим через Vв действительный расход воздуха, ∆Vв – объем избыточного воздуха, не участвующего в горении; тогда теоретически необходимый объем воздуха будет Vв-∆Vв. Общее выражение для коэффициента избытка воздуха в этом случае запишется в виде:

image063= Vв/( Vв-∆Vв). (18)

А. Кислородная формула расчета image045.

Если сделать допущение, что при полном сжигании топлива объем действительно введенного воздуха равен объему сухих газов, Vв=Vсг, а избыточный объем воздуха выразить через содержание кислорода в продуктах сгорания

image070,

то формула (18) запишется следующим образом:

α = Vсг / (Vсгimage072) = 1/(1– image074). (19)

Окончательно кислородная формула по расчету коэффициента избытка воздуха принимает вид:

α =21/(21– image076). (20)

По газовому анализу продуктов сгорания определяется значение О2, а следовательно, может быть рассчитано значение α.

Б. Азотная формула расчета image045.

В формуле (19) объем подошедшего на горение воздуха Vв можно выразить через содержание азота в продуктах сгорания (пренебрегая малым содержанием азота в топливе): image079.

Равенство (21) является азотной формулой для определения коэффициента избытка воздуха.

В. Углекислотная формула расчета image045.

Для приближенных расчетов коэффициента избытка воздуха иногда применяют углекислотную формулу.

Если считать α = Vв/Vвº= Vсг/Vсгº, то можно выразить объемы сухих газов через содержание углекислого газа в продуктах сгорания:

Отсюда получим углекислотную формулу для определения image045

где (CO2) max – известная для каждого топлива характеристика, а CO2 определяется газоанализатором.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Азотная, кислородная и углекислотная формула избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха определяется газовым анализом проб продуктов сгорания, отбираемых из газоходов, с после­дующим расчетом по приводным ниже формулам.

Азотная формула:

При прикидочных расчетах пользуются более простой приближен­ной формулой для определения α, легко получаемой из формулы азотной формулы.

α=RO2 max/RO2 – углекислотная формула.

Справедлива формула при отсутствии Q3, точность зависит от точности определения image199.

При полном сгорании топлива объем подаваемого для горения воз­духа приближенно можно считать равным объему су­хих газов Vв= Vс.г., а процент неиспользованного кислорода — содержанию сво­бодного кислорода в сухих газах О2 ΔVв= VО2. Тогда коэффициент избытка воз­духа можно выразить как отношение процентного содержания кислорода в воздухе, подаваемом для горения, к проценту использован­ной части кислорода, что дает кислородную формулу в виде:

где О2 – процентное содержание кислорода в продуктах сгорания; 21 – процентное содержание кислорода в воздухе. Формула справедлива при полном сгорании тл. и без учета влажности тл. инче вводятся поправки.

Вопрос № 56

Коэффициент избытка воздуха и методы его определения

В действительных условиях невозможно довести топливо до полного сгорания при тео­ретически необходимом объеме воздуха V 0 вследствие несовершенства перемешивания топлива с воздухом в большом топочном объ­еме за короткое время пребывания газов в нем (1—2 с). Поэтому для обеспечения до­статочно полного сгорания топлива, удо­влетворяющего экономическим показателям работы котлов, действительный объем воздуха всегда несколько больше теоретического. От­ношение этих объемов называют коэффициен­том избытка воздуха в продуктах сгорания:

Необходимый коэффициент избытка возду­ха в топке αт зависит от сорта топлива, спо­соба его сжигания и конструкции топочного устройства. Высокореакционное твердое топ­ливо, отличающееся большим выходом лету­чих веществ, легче воспламеняется и быстрее сгорает, поэтому нуждается в меньшем избыт­ке воздуха, чем топливо с малым выходом летучих. Эффективное перемешивание топлива с воздухом достигается в газовоздушных сме­сях, поэтому сжигание мазута и газового топ­лива требует наименьшего избытка воздуха. Разный избыток воздуха нужен при сжигании одного и того же топлива, но в разных топоч­ных устройствах (например, в прямоточной или вихревой топочной камере), отличающих­ся эффективностью перемешивания.

Расчетный коэффициент αт устанавливает­ся с учетом всех факторов согласно Нормам теплового расчета паровых котлов. Обыч­но его принимают для разных топлив в пре­делах:

При сжигании твердых топлив. 1,15—1,25

При сжигании жидких топлив. 1,03—1,1

â избытка воздуха дает эконо­мию расхода энергии на привод тягодутьевых машин и á КПД котла, однако его â ниже расчетного значения αт ведет к быстрому á недожога топлива и â экономичности котла.

На электростанциях используют два метода определения этого по­казателя.

Основным является метод прямого определения остаточного кислорода в потоке дымовых газов кислородомером. Пересчет процентного содержания кислорода на значение избытка воздуха производят по кислородной формуле.

image200,

где О2 – процентное содержание кислорода в продуктах сгорания; 21 – процентное содержание кислорода в воздухе. Эта формула справедлива, если отсутствует Q3 – химический недожог и минимальная влажность;

Вторым достаточно широко применяемым методом определения избытка воздуха в про­дуктах сгорания является его расчет на осно­ве нахождения процентного содержания сухих трехатомных газов RO2=CO2+SO2, где RO2=VRO2/Vс.г.*100.

image201,

где RO2 – текущий объем трехатомных газов; image199— объем трехатомных газов при α = 1, определяется на основе состава топлива. Справедлива формула при отсутствии Q3, точность зависит от точности определения image199

Надежность определения коэффициента избытка воздуха а этим методом зависит от того, насколько точно известно для данного топлива значение RО2 max (поскольку на электростанцию топливо поступает не всегда постоянного состава), а также от тщательно­сти выполнения анализа отбираемых дымовых газов на содержание RO2.

Азотная формула:

Вопрос № 57

image084

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

image033

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

image003

image066

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник

Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха используется в различных областях науки и техники, связанных с процессами горения. При этом, при решении различных задач он может принимать несколько различный физический смысл, т.е. под одним и тем же параметром понимают разные понятия. Поэтому целесообразно сразу разобрать коэффициент избытка воздуха по его применению. Условно это можно представить в виде схемы на рис.1

Рис. 1. Коэффициент избытка воздуха

КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА
Кинетическое горение (горение однородной горючей среды
Диффузионное горение (горение неоднородной горючей среды)
В замкнутых объемах без доступа воздуха т.е. приток воздуха Gвозд=0 Физический смысл заключается в том, на сколько не полностью может быть (или был) задействован кислород воздуха при горении image010 image011может быть только image012Применение: инженерные расчеты горения в замкнутых объемах
Показывает отклонение газопаровоздушной смеси от стехиометрическго состава. При стехиометрической концентрации горючего α=1 Возможные значения ограничены КПР image010 image013 image014 image015Применение: двигатели внутреннего сгорания
В закрытых объемах с доступом воздуха через проемы т.е. приток воздуха Gвозд>0 Показывает отношение расхода поступающего воздуха в помещение к требуемому расходу воздуха на горение пожарной нагрузки image016 image017 image018значение может быть и больше и меньше единицы Применение: расчет параметров развития внутренних пожаров, наступления ОФП

Коэффициент избытка воздуха при кинетическом горениипоказывает отклонение газопаровоздушной смеси от стехиометрической концентрации. При стехиометрической концентрации α=1. В данном случае коэффициент избытка воздуха может быть как больше, так и меньше 1, но ограничен область воспламенения.

Величина a является важной характеристикой машин и агрегатов, в которых осуществляется организованное горение.

Для горючих смесей стехиометрического состава (т.е. состава, соответствующего уравнению реакции горения), где коэффициент избытка воздуха a = 1, реальный расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения. Однако добиться полной однородности смеси чрезвычайно трудно. Существующие для этой цели технические средства не позволяют в полной мере обеспечить стехиометрическое соотношение компонентов при реакции горения и создать однородную смесь. Регулирование значения коэффициента избытка воздуха дает возможность максимально приблизиться к оптимальным условиям сжигания.

image019Почти всегда a несколько больше единицы и находится в интервале значений:

1,02 – 1,3 в зависимости от характера сжигаемого вещества. Именно этим обусловлено название коэффициента a— коэффициент избытка воздуха. В действительности для кинетического горения его значения могут быть как больше, так и меньше 1.

В условиях пожара обычно преобладает диффузионный режим горения. В закрытом объеме диффузионное горение большинства горючих материалов возможно только до определенной пороговой концентрации кислорода, так называемой остаточной концентрации кислорода в продуктах горения. Т.е. при диффузионном горении, кислород воздуха не весь задействуется на горение. Для различных веществ и материалов остаточное содержание кислорода в продуктах сгорания может составлять 8-16%. Таким образом, на горение расходуется только часть кислорода, поэтому для полного сгорания рассматриваемого вещества потребуется воздуха больше, чем теоретически необходимое.

Следует отметить, что прекращение горения в закрытых объемах обусловлено не только снижением концентрации кислорода, но и флегматизирующим действием дыма.

Коэффициент избытка воздуха для диффузионного горения в закрытых объемах без доступа воздуха, правильнее назвать коэффициент участия воздуха в горении. Эта характеристикаболее полно отражает суть процесса горения на пожаре и не дает ошибочных представлений и понятий. Это важный параметр, определяющий динамику развития пожара и, как следствие, развитие его опасных факторов.

Отношение объема воздуха, практически пошедшего на горение при диффузионном горении, к теоретически необходимому, называется коэффициентом избытка воздуха и обозначается греческой буквой α (альфа):

image010

его можно определить также по выражению:

image011

где image020концентрация кислорода в воздухе до начала горения, в объемных %, обычно, если не задано иное, принимают 21%;

image021— концентрация кислорода в воздухе, при которой прекращается горение данного вещества (остаточное содержание кислорода), в объемных %.

Физический смысл коэффициента избытка воздуха при диффузионном горении в закрытом объеме без доступа воздуха заключается в том, на сколько не полностью может быть (или был) задействован кислород воздуха при горении.

Формула для расчета практического объема воздуха для сгорания заданного количества горючего вещества имеет вид:

image022, м 3 ;

При этом, очевидным является, что при горении в диффузионном режиме, коэффициент избытка воздуха может иметь значения более 1. На практике значение этого коэффициента обычно составляет 2-5.

Расчет объема воздуха, необходимого для горения, предполагает вычисление:

Алгоритм расчета теоретического количества воздуха зависит от агрегатного состояния вещества и его химической природы. Для удобства вычислений горючие вещества подразделяют на три основные группы:

· индивидуальные химические соединения с известной химической формулой (метан, ацетон, спирты и т.д.);

· конденсированные горючие вещества неизвестного химического строения, но с известным элементным составом (элементный состав отражает содержание в веществе химических элементов С, Н, О, S, N, C1 и др. в % масс.);

Источник

Коэффициент избытка воздуха

Топливо для котельных агрегатов

Котельные установки с паровыми и водогрейными котлами и их компоновка

Вода для питания паровых и водогрейных котлов

Коэффициент избытка воздуха

Тепловой баланс котельных агрегатов

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топ­лива, способа его сжигания, конструкции топки котла и принимается на основании опытных данных.

Если воздуха в топку котла будет поступать мало, то кислорода не будет хватать для полного сгорания топлива, и часть горючих газов, образующихся в топке котла (например, окись углерода СО), и несгоревшие частицы угля будут уноситься с продуктами горения в дымовую трубу. Неполноту сгорания топлива можно заметить по появлению черного дыма из дымовой трубы. Очевидно, что такое сжигание вызывает излишнюю трату топлива.

Чтобы обеспечить полное сгорание кускового топлива, практически приходиться подавать воздуха в топку в несколько раз больше, чем требуется по расчету (например, в полтора раза). Но чрезмерный избыток воздуха в топке котла недопустим, так как много тепла при этом тратится на нагревание излишнего воздуха перед его подачей в топку котла, а также много тепла уносится в дымовую трубу.

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, должно быть несколько большим теоретиче­ского, так как при практическом сжигании топлива не все количе­ство теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате не­достаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку котла, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке

где V в д — действительный объем воздуха, поданного в топку котла на 1 кг топлива,

V в ° — теоретический объем воздуха,

В действительный объем водяных паров при избытке воздуха больше единицы входят водяные пары, поступающие с избыточным воздухом в количестве 0,0161· Vв° · (α – 1) м³/кг.

Действительный объем водяных паров, м³/кг (см. формулу 35)

Полный объем дымовых газов, м3/кг, получающийся при сгорании 1 кг топлива (см. формулу 36):

Объем водяных паров при α = 1,4 по формуле (35)

Полный объем дымовых газов по формуле (36)

Vг = 0,99 + 3,98 + 0,62 + 0,72 = 6,31 м³/кг.

При работе топок всех видов необходимо постоянно наблюдать за исправным ведением топочных процессов по контрольно-измери­тельным приборам. На экономичность работы котельной установки значительное влияние оказывают потери тепла от химической не­полноты сгорания топлива. Величина потерь зависит в основном от количества воздуха, поступающего в топку.

Для поддержания нормального горения нужно подводить возду­ха в топку столько, сколько требуется для полного сгорания топлива, что достигается постоянным контролем за составом дымовых газов. Наиболее важно определение содержания в дымовых газах двуокиси и окиси углерода.

В случае неполного сгорания при недостатке воздуха в составе уходящих газов из топки котла будут углеводороды, окись углерода СО, а иногда и чистый водород Н, а при чрезмерном избытке воздуха создаются условия для удаления из топки котла несгоревших летучих го­рючих веществ и уноса частичек твердого топлива. Поэтому при эксплуатации топки следует сводить неполноту сгорания к возмож­ному минимуму. Как правило, котельный агрегат работает или при полном сгорании, или с незначительной химической неполнотой сгорания.

При присосе холодного воздуха в газоходы котла экономичность его работы снижается, поэтому персонал, обслуживаю­щий котлоагрегат, должен постоянно следить за исправностью обмуровки, плотным закрытием заслонок, дверок, гляделок и пр.

Источник

Комфорт
Adblock
detector