І. М. Хоменко, канд. техн. наук

Чернігівський державний технологічний університет, м. Чернігів, Україна

А.К. Кобринець, аспірант

Національний технічний університет „Київський політехнічний інститут”, м. Київ, Україна

ОСОБЛИВОСТІ ТЕПЛОВОГО РОЗРАХУНКУ ДИЗЕЛЯ, ПРИЗНАЧЕНОГО
ДЛЯ РОБОТИ НА БІОЛОГІЧНОМУ ПАЛИВІ

У роботі наведено фізико-хімічні показники біологічного палива як похідного метилових ефірів ріпакового масла, а також метод теплового розрахунку дизеля, що працює на суміші дизельного й біологічного палив.

Ключові слова:тепловий розрахунок дизеля, біодизель, ріпакове масло.

В работе приведены физико-химические показатели биологического топлива как производного метиловых эфиров рапсового масла, а также метод теплового расчета дизеля, работающего на смеси дизельного и биологического топлив.

Ключевые слова: тепловoй расчет дизеля, биодизель, рапсовое масло.

In this paper the physical and chemical properties of biofuels, as the original rapeseed oil methyl esters as well - a method of thermal calculation of a diesel engine that runs on a mixture of diesel and biofuels.

Key words: warm calculation of diesel, biodiesel, rapeoil.

Вступ. Скорочення запасів органічних палив (нафта, газ), проблеми охорони навколишнього середовища, пов’язані зі шкідливими викидами в атмосферу, призвели до того, що все частіше як паливо двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) знаходить застосування біологічне паливо: ріпакове, кокосове, пальмове масло, соняшникова олія, соя, а також відпрацьоване рослинне масло, тваринні жири, риб’ячий жир тощо [1].

В Європі як паливо переважно використовують метиловий ефір ріпакового масла, так зване біодизельне паливо (скорочена назва – біодизель або БД). При врожаї насіння ріпаку біля 30 ц/га можна виробляти до 2000 л біодизеля.

При виробництві та використанні 1 л дизельного палива виділяється 3 кг СО₂, а біодизельного – 0,5 кг. Вартість БД на основі суміші ріпакового масла, як правило, нижче ринкової ціни нафтового дизпалива на 15...20 %. Загалом в Європі 1 л біодизеля на 0,1…0,15 євро дешевше, ніж дизельного палива. В Україні, за різними даними, собівартість 1 л біодизеля становить від 2,2 до 3 грн. [7].

У Німеччині під ріпак виділяється приблизно 1,3 млн. га сільськогосподарських земель, що становить 10 % всіх використовуваних земельних угідь. Україна експортує близько 90 % виробленого ріпаку в країни ЄС. Так, наприклад, у 2008/2009 маркетинговому році Україна експортувала до Європейського Союзу насіння ріпаку в обсязі 2,64 млн тонн на загальну суму $ 1,35 млрд, у тому числі в Нідерланди – 700 тис. тон, в Бельгію – 431тис. тон, у Францію – 386 тис. тон і в Польщу – 237 тис. тон [4].

Біодизель отримують шляхом змішування рідких вуглеводневих палив і похідних ріпакового масла (РМ) – метилових ефірів РМ (МЕРМ). В країнах Західної Європи віддають перевагу метилірованій ріпаковій олії. У США суміш дизельного палива з біодизелем позначається літерою B; число після букви означає процентний вміст біодизелю. В2 – 2 % біодизеля, 98 % дизельного палива. В100 –100 % біодизеля.

Перевагами біопалива на основі ріпакової олії є: екологічна безпека; використання для вирощування ріпаку неугідь; просте поновлення ресурсів ріпаку; нижча порівняно з органічними паливами вартість.

Біодизель характеризується хорошими мастильними властивостями, що продовжує термін життя двигуна. Він піддається практично повному біологічному розпаду: у ґрунті або у воді мікроорганізми за 28 днів переробляють 99 % біодизеля, що дозволяє говорити про мінімізацію забруднення річок та озер. Скорочення викидів СО₂: під час згоряння біодизелю виділяється рівно така ж кількість вуглекислого газу, яку було спожито з атмосфери рослиною, що є вихідною сировиною для виробництва олії, за весь період її життя.

Важливою характеристикою для самозаймання палива в дизелі є цетанове число, яке для мінерального дизпалива становить 42…45 одиниць, для біодизеля – не менше 51. Точка займання для біодизеля перевищує 150 °С, що робить біопальне порівняно безпечною речовиною [6].

Під час роботи двигуна на біодизелі одночасно проводиться змащення його рухомих частин, у результаті якого, як показують випробування, досягається збільшення терміну служби самого двигуна і паливного насосу в середньому на 60 %. Як правило, немає необхідності модернізувати основну конструкцію двигуна.

Проте слід зазначити, що у холодну пору року необхідно підігрівати паливо перед подачею в паливний насос, або застосовувати суміші 20 % біодизеля і 80 % солярки марки В20. Біодизель довго не зберігається (близько 3 місяців): збільшуються витрати палива на 10 %; у деяких випадках необхідно переробляти форсунки двигуна; потребує частішої заміни мастила у двигуні.

Разом з тим, виробництво біопалива розширюється, йде пошук технологій, які покращують його характеристики.

Вплив деяких фізико-хімічних показників біодизеля на параметри дизеля і його еколого-експлуатаційні характеристики розглянуто в роботі [3]. При цьому відзначимо, що підвищені (порівняно з дизельним паливом на 10 % густина і кінематична в’язкість в 1,5 рази) сприяють деякому збільшенню далекобійності паливного факела й діаметра крапель палива, що може привести до потрапляння його на стінки камери згоряння й гільзи циліндра. Занижені значення коефіцієнта стиску біодизеля потребують збільшення дійсного кута випередження впорскування палива і максимального тиску у форсунці. Високе цетанове число біодизеля сприяє скороченню періоду затримки займання і менш «жорсткій» роботі дизеля. Кисень (~ 10 %) у молекулі метилового ефіру дозволяє інтенсифікувати процес згоряння й забезпечити вищу температуру в циліндрі дизеля, що, з одного боку, сприяє підвищенню індикаторного й ефективного ККД двигуна, а з іншого – призводить до деякого збільшення оксиду азоту NOx у відпрацьованих газах. Дещо менша у порівнянні з ДТ частка вуглецю (~ 77 %) у молекулі біодизеля призводить до зменшення його нижчої теплоти згоряння на 13 … 15 % і збільшенню погодинної і питомої витрат палива. Для збереження номінальних параметрів двигуна при переході на біодизель паливо потребує перерегулювання паливної апаратури. Застосування біодизеля дозволяє забезпечити зниження викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами. Для дизельних двигунів з вихровою камерою (передкамерою) і безпосереднім впорскуванням зниження відповідно становить: СО – 10… 12 %, СnНm – 10… 35 %, тверді частинки ріпакового масла (РМ) становлять 24…. 36 %, при цьому у вигляді сажі – 50…52 %. Деяке збільшення викидів NOx можна компенсувати низкою заходів: зменшенням дійсного кута випередження впорскування палива, рециркуляцією відпрацьованих газів, а також подачею води на впуску.

Метилоефіри є хімічно активними рідинами. У зв’язку з цим паливні баки, паливопроводи, деякі елементи конструкцій паливних насосів при використанні біодизеля в двигуні повинні мати захисні покриття.

Під час роботи дизельного двигуна на біодизелі відмічається [2], що після 100…200 годин роботи двигуна на поверхнях камери згоряння, поршня спостерігається підвищена кількість вуглецевих нашарувань, соплові отвори розпилювачів форсунок коксуються, що пояснюється значною кількість смолистих включень у ріпаковому маслі, порівняно з дизельним паливом.

Через велику гігроскопічність біодизеля необхідно здійснювати контроль вмісту води в ньому, щоб уникнути небезпеки розвитку мікроорганізмів, утворення перекисів і корозійного впливу на елементи паливної апаратури.

Для нормальної роботи двигуна на біодизелі повинні забезпечуватись вимоги до фізично-хімічних показників, закладені в стандарті ЄС EN 14214.02003.

Хімічний склад біодизеля й дизельного палива дещо відрізняються (таблиця 1); біодизель, як правило, працює в суміші з ДТ, що визиває необхідність внесення коректив в тепловий розрахунок ДВЗ.

Таблиця 1

Фізико-хімічні показники дизельного палива і біодизеля

Методи і результати. Деякі особливості теплового розрахунку дизеля при роботі на суміші дизельного пального й біодизеля наведено нижче.

В основу теплового розрахунку покладено метод розрахунку термохімічних показників палив для енергоустановок, який наведено в роботі А.Р. Кульчицького [5]. Суть методу полягає у визначенні масової кількості хімічних елементів у паливі будь-якого хімічного складу, а також отриманні відповідної емпіричної формули палива, яку можна використати для визначення показників при тепловому розрахунку ДВЗ.

Окислення хімічних елементів палива. При теплових розрахунках ДВЗ роблять припущення, що азот до складу палива не входить. Це пояснюється тим, що його вміст у паливі, як правило, не перевищує 0,5 % (за масою). У загальному випадку до складу палива входять: вуглець С, водень Н, кисень О і сірка S (узагальнена формула палива CnHmOrSk).

У результаті повного згоряння вуглецю утворюються діоксид вуглецю CO₂, водню – вода H₂O, сірки – сірчистий ангідрид SO₂ (можливістю переходу SO₂ при зниженні температури до сірчаного ангідриду SO₃, як правило, нехтують). Хімічні реакції при цьому мають такий вигляд.

Реакція повного згоряння вуглецю:

С + О₂ = СО₂. (1)

Якщо врахувати молекулярну масу елементів, то можна записати:

12 кг С + 32 кг О₂ = 44 кг СО₂.

З останнього виразу знаходимо, що для згорання 1 кг вуглецю потрібно 8/3 кг кисню; при цьому утворюється 11/3 кг вуглекислого газу.

Реакція повного згоряння водню:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О. (2)

Якщо врахувати молекулярну масу елементів, то можна записати:

2 кг Н₂ + 16 кг О₂ = 18 кг Н₂О.

Тобто для згорання 1 кг водню потрібно 8 кг кисню і при цьому утворюється 9 кг води. Інша форма рівняння (2) [5]:

Н + 0,25 О₂ = 0,5 Н₂О. (3)

Реакція повного згоряння сірки:

S + O₂ = SO₂. (4)

Для молекулярних мас елементів:

32 кг S + 32 кг O₂ = 64 кг SO₂.

Тобто для згорання 1 кг сірки потрібно 1 кг кисню. При цьому утворюється 2 кг діоксиду сірки SO₂.

Якщо врахувати, що кисень, який знаходиться в паливі, бере участь у реакціях окислення, то на 1 кг такого палива потрібно:

lo = 8/3 С + 8H + S - О, кг кисню. (5)

У випадку, якщо в хімічній формулі палива індекси при елементах вуглецю, водню і сірки дані в загальному вигляді (тобто n, m, k), то маємо такі вирази:

С∙n + n∙О₂ = n∙СО₂, (6)

Н∙m + 0,25 m∙О₂ = 0,5 m∙Н₂О, (7)

S∙k + k∙O₂ = k∙SO₂. (8)

Для палива довільного складу можна записати таку формулу [5]:

CnHmOrSk + (n + 0,25 m + k - 0,5 r) O₂ = n∙СО₂ + 0,5 m∙Н₂О + k∙SO₂. (9)

З формули (9) встановлюємо, що для згорання 1 кмоль палива довільного складу CnHmOrSk потрібно кисню (n + 0,25 m + k - 0,5 r) кмоль, при цьому утворюється n кмоль вуглекислого газу, 0,5 m кмоль води і k кмоль діоксиду сірки. Доданок – 0,5 r враховує частину палива, що припадає на кисень, а тому потрібна менша кількість атмосферного кисню для згоряння С, Н і S.

Визначення емпіричної формули палива. Розглянемо випадок, коли задані масові долі окремих елементів у паливі.

Визначення індексів емпіричної (не путати з хімічною) формули палива – n, m, r, k проводять у такій послідовності. Ділять масовий вміст Wi відповідного елементу в паливі на молекулярну вагу μi елементу, значення якої беруть з періодичної таблиці елементів Д. І. Менделєєва Отримують значення індексу елементу. Значення індексів прийнято визначати з точністю до десятих часток діленням поточного значення Wi/ μi на його найменше значення. Приклад визначення індексів емпіричної формули палива, елементний склад якого: С = 77 %, Н = 13 %, О = 0,5 %, S = 0,5 %, наведено в таблиці 2.

Таблиця 2

Результати визначення індексів емпіричної формули палива

Тобто значення індексів: n = 41,2, m = 83,3, r = 2, k = 1.

Емпірична формула палива – C_41,2 Н_83,3 O₂ S₁.

Однією з характеристик палива, що визначає його схильність до сажоутворення, є відношення вуглецю до водню (С / Н): чим більше значення цього відношення, тим вище схильність до сажоутворення. Для палива емпіричної формули C_41,2 Н_83,3 O₂ S₁ відношення C / H становить n / m = 41,2/83,3 = 0,495 моль/моль (у мольних долях) або nμC / mμH = (41,2 ∙ 12) / (83,3 ∙ 1) = 5,94 кг/кг (в масових одиницях).

Біодизельне паливо на основі ріпаку являє собою суміш метилових ефірів жирних кислот (табл. 3). Хімічні формули кислот та їх масовий вміст у суміші в процентах взято з роботи [2]. Для розрахунку молярної ваги за емпіричною формулою прийнято С = 12,0 кг/кмоль, Н =1,0 кг/кмоль, О = 16 кг/кмоль.

 

Таблиця 3

Склад суміші метилових кислот на основі ріпакового масла

Взагалі кількісно та якісно суміші метилових кислот можуть різнитися залежно від способу їх отримання.

Визначимо молярну вагу всіх молекул, що входять до суміші метилових кислот. Для цього кількість атомів кожного елементу в кислоті множимо на долю цієї кислоти в суміші кислот. Наприклад, для кислоти С₁₆Н₃₂О₂ молярна вага С = 12∙16∙0,048 = 9,22 кг/кмоль і т. д. Результати розрахунку наведено в таблиці 4.

Таблиця 4

Молярна вага елементів біодизеля

Розділивши молярну вагу кожного елементу на сумарну молярну вагу суміші (табл. 3), отримуємо долю кожного елементу в суміші кислот, а саме:

С = 222,96 / 288,5 = 0,773; Н = 33,69 / 288,5 = 0,117; О = 31,94 / 288,5 = 0,11.

Для ДТ, хімічний склад якого наведено в таблиці 1 (хімічна формула С_14,5 Н₂₅ О_0,05), молярна вага становить 200 кг/кмоль, а вміст елементів у масових одиницях відповідно: С – 174 кг/кмоль; Н – 25,2 кг/кмоль; О – 0,8 кг/кмоль. Для БД (хімічна формула –С_18,4 Н_35,3 О₂) молярна вага становить 288 кг/кмоль, а вміст елементів: С – 220,8 кг/кмоль; Н – 35,3 кг/кмоль; О – 32 кг/кмоль.

Кількість елементів у суміші ДТ і БТ визначаємо за формулою:

Ес =Е_ДТ ∙К_ДТ + Е_БД∙(1 – К_ДТ), (10)

де Ес, Е_ДТ, Е_БД – значення мас елементів суміші палив, дизельного палива і біодизеля відповідно;

К_ДТ – відносна доля дизельного палива у паливній суміші.

Якщо складові палив, що змішуються, задано в об’ємних одиницях (л), то масову кількість елементів у суміші ДТ і БД рекомендовано визначати за формулою [9; 10]:

Ес =(Е_ДТ ∙К_ДТ∙ρ_ДТ + Е_БД∙(1 – К_ДТ)∙ρ_БД) /ρ_С, (11)

де ρс, ρ_ДТ, ρ_БД – густина суміші палив, дизельного палива і біодизеля відповідно;

ρс = ρ_ДТ∙ К_ДТ + ρ_БД∙(1 – К_ДТ). (12)

Розглянемо приклад визначення мас елементів суміші 80 % ДТ і 20 % БД згідно з даними, що наведено в таблиці 1.

За формулою (10) знаходимо масову кількість елементів, що входять до суміші палив:

Сс = 174∙0,8+ 220,8∙(1-0,8) = 183,36, кг/кмоль;

НС = 25,2∙0,8+ 35,3∙(1-0,8) = 27,22, кг/кмоль;

ОС = 0,8∙0,8+ 32∙(1-0,8) = 7,04, кг/кмоль.

Сумарна молярна вага суміші палив:

М_С = С_С + Н_С + О_С = 217,62, кг/кмоль.

Відносні частки елементів у суміші палив:

С = С_С / М_С = 183,36 / 217,62 = 0,842;

Н = НС / МС =27,22 / 217,62 = 0,125;

О = ОС / МС =7,04 / 217,62 = 0,033.

Якщо суміш ДТ і БД задано в літрах, то отримаємо наступне.

За формулою (11) густина паливної суміші:

ρс = ρ_ДТ∙ К_ДТ + ρ_БД∙(1 – К_ДТ) = 825∙0,8 + 882∙(1-0,8) = 660 + 176,4 = 836,4, кг/м3.

Масова кількість елементів:

Сс = (174∙0,8∙825 + 220,8∙(1-0,8)∙882) / 836,4 = 183,87, кг/кмоль;

НС = (25,2∙0,8∙825 + 35,3∙(1-0,8)∙882) / 836,4 = 27,33, кг/кмоль;

ОС =( 0,8∙0,8∙825 + 32∙(1-0,8)∙882) / 836,4 = 7,38, кг/кмоль.

Сумарна молярна вага суміші палив:

М_С = С_С + Н_С + О_С = 218,58, кг/кмоль.

Відносні частки елементів у суміші палив:

С = С_С / М_С = 183,87 / 218,58 = 0,841;

Н = НС / МС =27,33 / 218,58 = 0,125;

О = ОС / МС =7,38 / 218,58 = 0,034.

Таблиця 5

Результати визначення індексів емпіричної формули суміші палив

Значення індексів суміші палив ДТ і БД:

n = 34; m = 60,5; r = 1.

Емпірична формула суміші ДТ і БД: С₃₄Н₆₀,5 О₁

Розрахунок витрати окислювача при згорянні палива. При теплових розрахунках ДВЗ паливо може бути задано або у вигляді індивідуальної речовини CnHmOrSk, або у вигляді часток окремих елементів C, H, S, O.

Якщо склад палива задано елементами C, H, S, O, то розрахунок теоретично необхідної кількості окислювача доцільно вести у такій послідовності.

1. Визначають витрату кисню на одиницю витрати палива за формулою (5).

2. Визначають кількість окислювача (атмосферного повітря) на одиницю витрати палива: loк = lo / kок, кг окисл / кг пал – масова витрата окислювача, де kок – частка кисню в окислювачі. Для повітря kок = 0,232 (вміст кисню в повітрі 23,2 % по масі). l'oк = loк/ρок, м³окисл/кг пал – об’ємна витрата окислювача: ρок = 0,465 Bo/To, кг/м³ (одиниці виміру: Bo, мм рт.ст, To, К).

Наприклад, необхідно визначити кількість кисню (за масою) і повітря (за масою і об’ємом) для спалювання 1 кг палива, елементний склад якого: С = 87 %, Н = 12,6%, О = 0,4 %. Показники стану навколишнього середовища: Bo = 740 мм рт.ст і t^о = 20 ^оС.

Розрахунок:

– кількість кисню, необхідного для спалювання 1 кг палива:

lo = 8/3 C + 8H + S - O = 8∙0,87/3 + 8 ∙ 0,126 + 0 - 0,004 = 3,324 кг О₂;

– масова кількість повітря, необхідного для спалювання 1 кг палива:

loк = lo / kок = 3,324 / 0,232 = 14,33 кг;

– густина повітря при заданих умовах навколишнього середовища:

ρок = 0,465 Bo / To = 0,465 ∙ 740 / (20 + 273) = 1,174 кг / м³;

– об’ємна витрата повітря для спалювання 1 кг палива:

l'oк = loк / ρок = 14,33 / 1,174 = 12,21 м³.

Розрахунок кількості продуктів згоряння палива. Вище було встановлено, що за умови повного згоряння 1 кг елементів палива С, Н, S утворюється відповідно: 11/3 кг СО₂; 9 кг Н₂О; 2 кг SO₂.

Наприклад, необхідно визначити масову кількість продуктів згоряння при спалювання 1 кг палива, елементний склад якого: С = 87 %, Н = 12,2 %, О = 0,4 %, S = 0,4 %.

Розрахунок:

– кількість СО₂ mCO₂ = 11∙С/3= 11∙0,87/3= 3,19 кг;

– кількість Н₂О mН₂0 = 9Н = 9∙0,122 = 1,098 кг;

– кількість SO₂ mSO₂ = 2∙S = 2∙0,004 = 0,008 кг.

Розрахунок нижчої теплоти згорання палива Н_U. Значення нижчої теплоти згоряння згідно з елементарним складом палива у конкретних розрахунках визначаються за формулою Д. І. Менделєєва:

Н_U = 339,1W_C + 1256W_H + 108,9W_S – 225,9 W_H – 108,9W_O + 225,9 W_H2О, кДж / кг, (13)

де значення Wi у формулі дано у відсотках за масою.

Як видно з формули (13), підсумковий тепловий ефект (теплотворність палива) по кожному елементу визначають як добуток суми питомих теплот згоряння або теплопоглинання на процентний вміст відповідного елементу в паливі.

Наприклад, для палива, емпірична формула якого C_41,2 Н_83,3 O₂ S₁ і елементний склад:

С = 77 %, Н = 13 %, О = 0,5%, S = 0,5 %, Н₂0 = 0 %, нижча теплота згоряння становить:

Н_U = 339,1∙77+ 1256∙13+ 108,9∙0,5 – 225,9 ∙13– 108,9∙0,5+ 225,9∙0 = 39502, кДж/кг.

Знайдемо за формулою Д. І. Менделєєва значення нижчої теплоти згоряння для суміші 80 % ДТ і 20 % БД, емпірична формула якої С₃₄Н_60,5 О₁:

Н_U = 339,1∙ 84,2+ 1256∙ 12,5+ 108,9∙0 – 225,9∙12,5 – 108,9∙3,3 + 225,9∙0 = 41069,1, кДж /кг.

Порівняльний приклад.

Для дизельного палива (таблиця 1):

Н_U = 339,1∙ 87+ 1256∙ 12,6+ 108,9∙0 – 225,9∙12,6 – 108,9∙4 + 225,9∙0 =42045,36, кДж/кг.

Для біодизеля (таблиця 1):

Н_U = 339,1∙76,5+ 1256∙ 12,4+ 108,9∙0 – 225,9∙12,4 – 108,9∙11,1 + 225,9∙0 =37505,6, кДж/кг.

Для масової суміші 80 % ДТ і 20 % БД:

Н_U = 42045,36∙0,8 + 37505,6∙0,2 = 41137,3, кДж /кг.

Для суміші палив за формулою, яку наведено в [3]:

Н_U = (Н_UДТ∙ К_ДТ ∙ ρ_ДТ + Н_UБД (1- К_ДТ) ∙ ρ_БД) / ρ_С. (14)

Н_U = (42045,36∙ 0,8∙825 + 37505,6 (1-0,8) ∙882) / 836,4 = 41087,91, кДж/кг.

Значення нижчої теплоти згоряння, отримані при використанні формули Д.І. Менде_­лєєва згідно з емпіричною формулою і формули (14), відрізняються на 0,046 %.

Отже, при визначенні нижчої теплоти згоряння придатні обидва з розглянутих способів. Проте за відсутності хімічної формули біодизеля, але відомому кількісному і якісному складу жирових кислот, що входять до біодизеля, тепловий розрахунок доцільно вести, отримавши попередньо емпіричну формулу біодизеля.

Розрахунок температури горіння палива. Розрахунок температури в кінці згоряння палива (точка z) для дизеля проводять за формулою:

(15)

де , кДж/(кмоль·К) – середня мольна теплоємність заряду (повітря) без урахування впливу залишкових газів;

, кДж/(кмоль·К) – середня мольна теплоємність продуктів згоряння;

α – коефіцієнт надлишку повітря;

Нрс = (Нu – ΔНu) / М₁(1+), кДж/кмоль роб. сум.;

ΔНu – втрата теплоти в результаті неповного згоряння палива; при коефіцієнті надлишку повітря α ≥ 1 ΔНu= 0;

M₁=a·L₀ , кмоль зар./кг пал – кількість свіжого заряду (для дизеля);

γ _г – коефіцієнт залишкових газів; для дизелів γ_г = 0,03…0,006;

кмоль пов./кг пал – теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива;

= 0,8…0,95 – коефіцієнт використання теплоти в точці z;

– ступінь підвищення тиску при згорянні; орієнтовно значення ступеня підвищення тиску приймають:

для дизелів з нерозділеними камерами згоряння та об’ємним сумішоутворенням l=1,6…2,5;

для дизелів з нерозділеними камерами згоряння та плівковим сумішоутворенням, передкамерних та вихрекамерних дизелів l = 1,2…1,8;

, ,К– температура в кінці процесів стиску і згоряння відповідно;

= 1.01…1.06 (для дизелів) – дійсний коефіцієнт зміни паливної суміші.

Приклад.

Дано: дизельний двигун, що працює на суміші 80 % ДТ і 20 % БД, нижча теплота згоряння якої Н_U = 41069,1, кДж /кг; частки палива: С – 0,842; Н = 0,125; О = 0,033; α = 1,5; ТС = 1000 К; γ г= 0,05; = 0,85; l = 1,6; = 1,04.

Розрахунок:

– середня мольна теплоємність заряду (повітря) без урахування впливу залишкових газів:

кДж/(кмоль·К);

– середня мольна теплоємність продуктів згоряння:

кДж/(кмоль·К);

– теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива:

кмоль пов./кг пал;

– кількість свіжого повітря:

М₁= 1,5∙0,483 = 0,724, кмоль зар./кг пал;

– нижча теплота згоряння робочої суміші:

Н_рс = (41069,1– 0) / 0,724 (1+ 0,05) = 54024,1 кДж/кмоль роб. сум.;

– рівняння згоряння:

0,85∙