1、第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院作業一作業一1）六缸四行程柴油機）六缸四行程柴油機D S=106 125mm，在，在2100rmin時時有效功率有效功率Pe60kW，有效燃料消耗率，有效燃料消耗率be=214gkWh，機，機械效率械效率 m =0.82。求該工況下的指示功率求該工況下的指示功率Pi；平均有效壓力；平均有效壓力pme；有效扭矩有效扭矩Ttq和有效效率和有效效率 e(柴油低熱值柴油低熱值42500kJ/kg)。2)用用T-S圖分析在循環初始點圖分析在循環初始點a一定、一定、Q1一定，最高燃燒壓一定，最高燃燒壓力力pz一定時，三種理論循環熱效率的對比。一定時，三種理論

2、循環熱效率的對比。思考題：思考題：3）充氣效率？影響因素？提高充氣效率的主要措施？）充氣效率？影響因素？提高充氣效率的主要措施？4）機械效率？機械損失的組成及其大致比率）機械效率？機械損失的組成及其大致比率第四章第四章 燃料與燃燒燃料與燃燒4-1 發動機的燃料（了解）發動機的燃料（了解）4-2 燃料的使用性能（掌握）燃料的使用性能（掌握）4-3 燃燒熱化學（重點）燃燒熱化學（重點）4-4 燃燒的基本知識燃燒的基本知識 （難點、理解）（難點、理解）第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院u燃料是內燃機產生動力的燃料是內燃機產生動力的能源；能源；直接影響內燃直接影響內燃機的發展、結構特點以

3、及對環境的污染。機的發展、結構特點以及對環境的污染。4-1 內燃機燃料及其提煉內燃機燃料及其提煉一、石油中烴的分類及性質一、石油中烴的分類及性質傳統燃料：汽油、柴油傳統燃料：汽油、柴油石油中提煉；石油中提煉；石油：碳氫化合物石油：碳氫化合物 主要成分：主要成分：C，H；少量的；少量的S，O2，N2 分子式：分子式：CnHm烴類烴類代用燃料：代用燃料：CNG、LPG、 DME、 H2、 醇類等醇類等第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院烴分子烴分子C原子數的不同，其分子量、沸點不同；原子數的不同，其分子量、沸點不同； 構成不同性質的燃料。構成不同性質的燃料。燃料根據不同沸點分餾依次得到

4、：燃料根據不同沸點分餾依次得到： 石油氣石油氣汽油汽油煤油煤油柴油柴油渣油渣油 vC1C4：氣態氣態石油氣，相對分子質量石油氣，相對分子質量1658；vC5C23：液態液態，其中：，其中： C5C11：50200，汽油，汽油， 分子質量分子質量95120； C11C19：180300 ，煤油，煤油， 100180； C16C23: 250360， 輕、重柴油，輕、重柴油，180200vC23以上：以上：360 以上，渣油，以上，渣油，2202801. 碳原子數的影響碳原子數的影響第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院表表4-1 烴分子中碳原子數對烴性質的影響烴分子中碳原子數對烴性質的

5、影響C 原子數 沸點 品種 相對分子量 理化性質變化趨勢 C1C4 C5C11 C11C19 C16C23 C23以上 常溫 50200 180300 250360 360 以上 石油氣 汽油 煤油 輕柴油 重油 1658 95120 100180 180200 220280 輕質輕質易揮發易揮發粘度增大粘度增大化學穩定性變好化學穩定性變好易自燃易自燃易點燃易點燃第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院 碳、氫原子數和排列位置對燃料性質影很大：碳、氫原子數和排列位置對燃料性質影很大：1）烷烴：分子式：）烷烴：分子式：CnH2n+2 ； 化學結構：化學結構： 直鏈特點：飽和開鏈式，含直鏈

6、特點：飽和開鏈式，含C越高結構越不緊湊，越高結構越不緊湊， 常溫下化學性質穩定，但熱穩定性差，常溫下化學性質穩定，但熱穩定性差， 高溫易分解，自然性好高溫易分解，自然性好柴油的好成分；柴油的好成分；2）烯烴：）烯烴： 分子式：分子式：CnH2n ； 化學結構：化學結構：-C=C-; -C=C-C-C-C-C-C-C-； -C-C-C-C-CC支鏈支鏈(熱穩定熱穩定)直鏈直鏈2. 分子的化學結構對性能的影響分子的化學結構對性能的影響第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院特點：非飽和開鏈式，自發火性差，汽油的成分；特點：非飽和開鏈式，自發火性差，汽油的成分； 常溫下化學穩定性差，易氧化膠

7、質；不易儲存常溫下化學穩定性差，易氧化膠質；不易儲存3）炔烴：分子式：）炔烴：分子式：CnH2n-2 ；化學結構：；化學結構：C C特點：非飽和開鏈，熱裂化產物，不存在原油中；特點：非飽和開鏈，熱裂化產物，不存在原油中； 很不穩定，常溫下易分解；不易作燃料。很不穩定，常溫下易分解；不易作燃料。4）環烷烴：）環烷烴： 分子式：分子式：CnH2n; 化學結構：化學結構： 特點：飽和環狀，不易分裂，熱穩定性強，特點：飽和環狀，不易分裂，熱穩定性強， 汽油機的燃料，石油的重要組成部分。汽油機的燃料，石油的重要組成部分。-CC-CC-環丁環環丁環第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院5）芳香烴

8、：）芳香烴：CnH2n-6； 基本化合物是苯：基本化合物是苯：C6H6; 石油中含量少，分子結構堅固；石油中含量少，分子結構堅固； 熱穩定性高，熱穩定性高， 高溫下不易破裂；高溫下不易破裂； 汽油的良好的抗爆劑；汽油的良好的抗爆劑； 石油煉制中產生。石油煉制中產生。 其中，其中， -甲基萘：甲基萘：C11H10， 其抗爆性認為其抗爆性認為100%第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院二、燃料的提煉方法及對燃料性能的影響二、燃料的提煉方法及對燃料性能的影響 從石油原油中煉制燃料的典型工藝流程：從石油原油中煉制燃料的典型工藝流程： 直餾法：將原油在煉油塔中進行加熱蒸餾；直餾法：將原油在煉

9、油塔中進行加熱蒸餾； 不同分餾溫度得到不同成分的燃油不同分餾溫度得到不同成分的燃油 這一部分這一部分燃料油約占原油的燃料油約占原油的25%40%裂解法：通過加溫加壓方法進行裂解；裂解法：通過加溫加壓方法進行裂解；催化重整：使用催化劑進行裂解；催化重整：使用催化劑進行裂解；加氫精制：加氫精制：將蒸餾后的重油等一些高分子成分用將蒸餾后的重油等一些高分子成分用不同手段裂解為分子量較輕的成分。不同手段裂解為分子量較輕的成分。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院 熱裂解：工藝簡單；熱裂解：工藝簡單； 但燃油的穩定性差，辛烷值低。但燃油的穩定性差，辛烷值低。 催化重整：使正構烷烴或環烷烴催化重

10、整：使正構烷烴或環烷烴異構物烴和芳香烴；異構物烴和芳香烴； 副產品氫氣可作為加氫工藝的氫氣來源。副產品氫氣可作為加氫工藝的氫氣來源。 加氫精制：可使烯烴變成飽和烴，還可以脫碳、脫氮、加氫精制：可使烯烴變成飽和烴，還可以脫碳、脫氮、 脫氧以及脫金屬等作用，滿足油品的更高要求。脫氧以及脫金屬等作用，滿足油品的更高要求。u 為獲得高品質燃料，常采用加氫精制或催化重整工藝。為獲得高品質燃料，常采用加氫精制或催化重整工藝。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院 表 4-3 不同煉制方法對油料性質的影響 油料 直餾法 熱裂法 催化裂化法 汽油 穩定性好，含 90%95%的烷烴與環烷烴，芳香烴不超

11、過 5%9%，不含不飽和鏈狀烴，其 MON 辛烷值大致在 5070 含有較多的不飽和烴，儲存 中易產生膠質，抗爆性比直 餾汽油好，其 MON 辛烷值 約為 5868 范圍內 芳 香 烴 的 體 積 分 數 約32%40%， 烷烴為 50%60%，環烷烴為 8%10%，品質高，抗爆性好，辛烷值可達 7784，RON 可達 90 以上 柴油 含有20%30%的芳香烴具有較高的十六烷值 含有大量不飽和烴，十六烷值較低，一般用作中低速柴油機燃料 性能較好，可作高品質柴油使用，用于高速柴油機中 第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院三、代用燃料及其特性三、代用燃料及其特性1、氣體燃料、氣體燃料

12、 NG：自由態或與石油共存的天然氣；：自由態或與石油共存的天然氣； 主要成分：主要成分：CH4；成為第三大支柱能源。；成為第三大支柱能源。 汽車上的應用：汽車上的應用： 壓縮天然氣壓縮天然氣(CNG)，20MPa 存于高壓氣瓶中；存于高壓氣瓶中； 液化天然氣液化天然氣(LNG)，-162低溫液化儲存；低溫液化儲存； 其密度為常態下氣體密度的其密度為常態下氣體密度的600倍；倍； 行駛距離長；但成本高。行駛距離長；但成本高。LPG: 天然石油氣或石油煉制中產生的液化石油氣天然石油氣或石油煉制中產生的液化石油氣 主要成分：丙烷主要成分：丙烷/丙烯丙烯/丁烷丁烷/丁烯及其異構物。丁烯及其異構物。第四

13、章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院天然氣燃料的缺點：天然氣燃料的缺點：氣體燃料，常溫常壓下儲運性能差，能流密度低，一次充氣體燃料，常溫常壓下儲運性能差，能流密度低，一次充 氣可行駛距離短。氣可行駛距離短。儲氣壓達儲氣壓達20MP，燃料容器加重。，燃料容器加重。因氣態吸入氣缸，充氣效率降低；單位體積的混合氣熱值因氣態吸入氣缸，充氣效率降低；單位體積的混合氣熱值 低，功率降低近低，功率降低近10%天然氣燃料的優點：天然氣燃料的優點：主要成分是主要成分是CH4 CO、HC排放少，不含硫的成分，排放少，不含硫的成分，SO2排放排放研究法研究法 第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院

14、 汽油辛烷值：取決于汽油組成、煉制方法、添加劑；汽油辛烷值：取決于汽油組成、煉制方法、添加劑； 辛烷值的高低：烷烴辛烷值的高低：烷烴烯烴烯烴環烷烴環烷烴芳烴芳烴2）餾程：餾程：指汽油餾出的溫度范圍，評價蒸發性。指汽油餾出的溫度范圍，評價蒸發性。試驗方法：試驗方法： 加熱器，量筒，加熱器，量筒， 冷凝器，溫度計冷凝器，溫度計 初餾點：第一滴初餾點：第一滴 凝結的燃料流入凝結的燃料流入 量筒時的溫度。量筒時的溫度。航空汽油航空汽油車用汽油車用汽油煤油煤油輕柴油輕柴油燃料蒸餾曲線燃料蒸餾曲線第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院10%餾出溫度餾出溫度T10：評價低溫蒸發性，影響起動性：評價

15、低溫蒸發性，影響起動性 T10低，低溫蒸發性好，易于起動；低，低溫蒸發性好，易于起動； 過低，易產生過低，易產生“氣阻氣阻”現象現象50%餾出溫度餾出溫度T50：評價平均蒸發性，：評價平均蒸發性， 影響暖車、加速性，工作穩定性。影響暖車、加速性，工作穩定性。90%餾出溫度餾出溫度T90：評價難以揮發的重質成分數量：評價難以揮發的重質成分數量 影響燃燒完全程度、積碳等。影響燃燒完全程度、積碳等。 汽油的牌號：表示其辛烷值大小。汽油的牌號：表示其辛烷值大小。 根據壓縮比選用牌號根據壓縮比選用牌號第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院1. 混合氣形成和負荷調整上的差異混合氣形成和負荷調整上

16、的差異 汽油揮發性強：低溫度下，充分蒸發；汽油揮發性強：低溫度下，充分蒸發； 在在缸外形成缸外形成混合氣，時間充足混合氣，時間充足均勻混合氣均勻混合氣； 用混合氣充量，控制發動機功率用混合氣充量，控制發動機功率量調量調。 柴油蒸發性差：柴油蒸發性差： 200開始餾出，開始餾出，350 結束結束 粘性大，不能低溫下形成混合氣；粘性大，不能低溫下形成混合氣； 故故 用噴嘴強制霧化，在用噴嘴強制霧化，在缸內形成缸內形成混合氣；混合氣； 進氣量不變，噴油量調節功率進氣量不變，噴油量調節功率質調質調50餾出，餾出，200 蒸發完蒸發完純空氣純空氣三、汽油、柴油性能差異對發動機性能的影響三、汽油、柴油性能

17、差異對發動機性能的影響第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院2. 著火和燃燒上的差異：自燃、點燃溫度不同著火和燃燒上的差異：自燃、點燃溫度不同 汽油自燃點高，點燃溫度低：汽油自燃點高，點燃溫度低： 采用外部能源點燃的方式采用外部能源點燃的方式點火系；點火系； 點火后，混合氣均勻，火焰傳播方式燃燒；點火后，混合氣均勻，火焰傳播方式燃燒； 為防爆燃，壓縮比不宜高為防爆燃，壓縮比不宜高 柴油自燃點低，點燃溫度高：柴油自燃點低，點燃溫度高： 采用壓縮自燃方式；采用壓縮自燃方式； 為促進自燃，壓縮比不宜過低；為促進自燃，壓縮比不宜過低； 混合氣不均勻，混合氣不均勻，預預混合燃燒和擴散燃燒。混合

18、燃燒和擴散燃燒。燃燒時間延長燃燒時間延長 第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院4-3 燃燒熱化學燃燒熱化學了解燃燒過程，燃料、空氣及產物及其數量關系了解燃燒過程，燃料、空氣及產物及其數量關系一、一、1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量燃料完全燃燒所需的理論空氣量 設設燃料燃料主要成分：主要成分：C、H、O；各元素的質量成分；各元素的質量成分 空氣空氣成份：成份：O2（21%）、）、N2（79%）；）； 則則 完全燃燒時的化學反應方程方式：完全燃燒時的化學反應方程方式： 1 kggggoHcOHOHCOOC2222221引入引入kmol：以：以kg為單位的為單位的某元素數量等于其分子量

19、某元素數量等于其分子量第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院1kg燃料（燃料（gc+gH+gO）完全燃燒時所需氧的）完全燃燒時所需氧的kmol數：數：所需要的理論空氣量：所需要的理論空氣量：OHkmolgOkmolgHkggCOkmolgOkmolgCkggHHHccc22222241212/83823. 01/3241221. 01kgkggggLkgkmolgggLOHCOOHCO第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院二、過量空氣系數：評價混合氣的性質二、過量空氣系數：評價混合氣的性質 定義：定義： 另：空然比另：空然比=A/F； 當量比當量比=(A/F)0/(A/F)

20、=1/ a a =1或或A/F=14.7理論混合氣理論混合氣 a 1或或A/F1或或A/F14.7稀混合氣稀混合氣OaLLu a 與發動機類型、混合氣形成方法、工況及功率調節與發動機類型、混合氣形成方法、工況及功率調節方法等有關。方法等有關。 第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院汽油機汽油機 傳統：傳統： a=0.81.2 電控電控+三效催化裝置后：三效催化裝置后： 控制在控制在 a=1 附近附近柴油機：柴油機： am=1.21.6 增壓柴油機：增壓柴油機： am=1.82.2柴油柴油汽油汽油電控電控+三效三效第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院三、三、 a1時完全燃燒

21、的產物時完全燃燒的產物 1）燃燒前混合氣量）燃燒前混合氣量 汽油機：汽油機： 柴油機：柴油機： 2）燃燒后的產物）燃燒后的產物: 因因 a1 ; 產物為產物為CO2和和H2O，以及未燃的，以及未燃的N2、剩余、剩余O2 所以，所以，rTaMLM10101LMa32402OHaggLM噴入缸內的燃料體噴入缸內的燃料體積積112. 104. 1006. 103. 10第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院四、燃料的熱值、混合氣熱值四、燃料的熱值、混合氣熱值 1）燃料的熱值：）燃料的熱值： 定義：定義： 1kg燃料完全燃燒所放出的熱量。燃料完全燃燒所放出的熱量。 低熱值：產物中低熱值：產物

22、中H2O以水蒸氣狀態存在；以水蒸氣狀態存在； 高熱值：產物中高熱值：產物中H2O以液體狀態存在。以液體狀態存在。 2）混合氣熱值：單位混合氣完全燃燒所放出的熱量）混合氣熱值：單位混合氣完全燃燒所放出的熱量 設設1kg燃料形成的混合氣量為燃料形成的混合氣量為M1，燃料低熱值，燃料低熱值h ; 則，則，rTamixMLhMh Q101氣化氣化潛熱潛熱第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院 4-4 燃燒的基本知識燃燒的基本知識 燃燒過程：著火階段燃燒過程：著火階段燃燒準備過程燃燒準備過程 燃燒階段燃燒階段放熱過程放熱過程 一、著火理論一、著火理論著火過程：指混合氣自動加速反應，產生升溫，最

23、終某著火過程：指混合氣自動加速反應，產生升溫，最終某一時刻某一位置出現火焰的過程。一時刻某一位置出現火焰的過程。特點：有明顯的光和火焰效應特點：有明顯的光和火焰效應著火理論著火理論(方式方式)：著火熱理論著火熱理論 鏈鎖反應理論鏈鎖反應理論 點燃點燃自燃理論自燃理論第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院1、著火的熱理論、著火的熱理論加熱一充滿空氣和燃料混合氣的容器加熱一充滿空氣和燃料混合氣的容器受熱燃料分子和氧分子動能受熱燃料分子和氧分子動能 而相撞而相撞活化分子相撞能量活化分子相撞能量反應活化能反應活化能E時，打時，打破化學鍵而引起化學反應破化學鍵而引起化學反應第四章燃料與燃燒吉吉

24、林林大大學學汽汽車車學學院院設：容器中總分子數設：容器中總分子數n；其中；其中 活化能超過活化能超過E的活化分子數的活化分子數n*；則則 按照能量分配定律：按照能量分配定律：RTEenn*R：氣體常數；：氣體常數；E：活化能；：活化能；T：絕對溫度：絕對溫度 可見，可見，T 時，活化分子所占比例時，活化分子所占比例 ，化學反應加速，化學反應加速 反應速度反應速度v：單位時間單位體積中出現的氧化產物：單位時間單位體積中出現的氧化產物的分子數，與的分子數，與n*/n成比例，即成比例，即 RTEeC1第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院又：燃料氧化反應放熱速率與氧化反應速度成比例：又：燃

25、料氧化反應放熱速率與氧化反應速度成比例： RTEeCdtdq21C2：與分子的反應熱及氣：與分子的反應熱及氣體的壓力有關的系數體的壓力有關的系數 反應時單位時間內向容器壁的傳熱量為：反應時單位時間內向容器壁的傳熱量為： 02TTAdtdqA: 與容器材料、形狀及與容器材料、形狀及氣體導熱率有關的系數氣體導熱率有關的系數 放熱率放熱率=傳熱率傳熱率 放熱率放熱率dq2/dt，反反應可繼續，但應可繼續，但v 第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院Tc著火溫度著火溫度Tc=臨界溫度臨界溫度反應壓力的影響：反應壓力的影響： 容器不變，容器不變， 壓力，混合氣密度壓力，混合氣密度 ，雖，雖n*

26、/n不變，不變， 但混合氣中但混合氣中n*的絕對數的絕對數 ； 反應速度反應速度 ； 氧化反應放熱量氧化反應放熱量 ； dq1/dtdq2/dt； 熱量積累熱量積累著火。著火。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院結論：結論：TC與混合氣的物理化學性質、環境溫度、壓力、容器形與混合氣的物理化學性質、環境溫度、壓力、容器形狀及散熱情況有關；狀及散熱情況有關； 同一種燃料，因條件不同，同一種燃料，因條件不同， 著火溫度不同。著火溫度不同。臨界臨界Tc與壓力與壓力pc：對：對 著火域著火域 影響明顯；影響明顯； pc低時需要低時需要 Tc。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院混

27、合氣濃度的著火界限：隨溫度和壓力混合氣濃度的著火界限：隨溫度和壓力 ，著火界限加，著火界限加寬，但有限。寬，但有限。當溫度和壓力低于臨界值時，無論在什么濃度下，均不當溫度和壓力低于臨界值時，無論在什么濃度下，均不能著火。能著火。上限上限下限下限第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院在低溫、低壓區著火規律與高溫區在低溫、低壓區著火規律與高溫區 完全不同完全不同存在著火半島。存在著火半島。 藍焰期：甲醛的支鏈反藍焰期：甲醛的支鏈反應而產生應而產生CO；輝光較強，；輝光較強，p、T ；持續期短；持續期短熱焰期熱焰期:CO+氧生成氧生成CO2爆炸性熱火焰，爆炸性熱火焰，釋放大量熱釋放大量熱冷

28、焰冷焰:過氧化物分過氧化物分解成甲醛解成甲醛,并積累并積累低溫多階段著火低溫多階段著火冷焰誘導期冷焰誘導期 1: T低反應緩慢，低反應緩慢，形成過氧化物形成過氧化物 烴燃料低溫下著火過程烴燃料低溫下著火過程(光譜分析光譜分析)： 冷焰冷焰 2藍焰藍焰 3熱焰熱焰 4三個階段。三個階段。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院烴燃料低溫低壓時的著火規律：退化支鏈反應的結果烴燃料低溫低壓時的著火規律：退化支鏈反應的結果低溫多階段著火低溫多階段著火。烴燃料高溫時：甲醛退化支鏈反應不經過冷焰期，直接烴燃料高溫時：甲醛退化支鏈反應不經過冷焰期，直接進入藍焰進入藍焰-熱焰期；因藍焰熱焰期；因藍焰-

29、熱焰期很難區分熱焰期很難區分高溫單階高溫單階段著火。段著火。高溫單階段著火高溫單階段著火高溫時：甲醛退化支鏈高溫時：甲醛退化支鏈反應不經冷焰，直接進反應不經冷焰，直接進入藍焰入藍焰-熱焰期。熱焰期。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院2、 鏈鎖反應自燃著火理論鏈鎖反應自燃著火理論 烴的氧化反應：始末烴的氧化反應：始末OHmnCOOmnHCmn22224最終燃燒產物，經一些列中間產物反應的結果；最終燃燒產物，經一些列中間產物反應的結果；中間產物形成過程中間產物形成過程活性中心、反應物再生活性中心、反應物再生鏈鎖反應鏈鎖反應自由原子或自由基自由原子或自由基H、O、OH等等 第四章燃料與

30、燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院u鏈鎖反應機理：鏈鎖反應機理：鏈引發鏈引發：反應物受某種因素的激發：反應物受某種因素的激發產生自由原子或自產生自由原子或自 由基由基具有很強的反應能力；具有很強的反應能力；鏈傳播鏈傳播：自由原子與反應物作用，推進反應，產生新的：自由原子與反應物作用，推進反應，產生新的 自由原子的過程；自由原子的過程； 直鏈反應直鏈反應(恒速恒速)：一個自由原子生成新的一個自由原子：一個自由原子生成新的一個自由原子 支鏈反應支鏈反應：一個活性中心生成兩個以上的活性中心；：一個活性中心生成兩個以上的活性中心； 反應加速反應加速引引爆爆鏈中斷鏈中斷：活性中心與缸壁、惰性氣體相碰撞

31、：活性中心與缸壁、惰性氣體相碰撞無效碰撞，無效碰撞， 不再引致反應。不再引致反應。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院鏈鎖反應特點：鏈鎖反應特點：1）誘導期）誘導期 i：積累活性中心的過程，量變；：積累活性中心的過程，量變；2）鏈爆炸的原因：激發活性中心；不一定高溫）鏈爆炸的原因：激發活性中心；不一定高溫; 3）反應自動加速；隨溫度急劇增高（）反應自動加速；隨溫度急劇增高（AB）;隨反應度濃隨反應度濃度的減少而降低（度的減少而降低（BC）4）加入惰性氣體時，）加入惰性氣體時， 反應速度迅速下降；反應速度迅速下降； 而加入添加劑時：而加入添加劑時： 反應速度加速。反應速度加速。與反應

32、物物性參數、濃度、與反應物物性參數、濃度、溫度、容器形狀有關溫度、容器形狀有關第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院 3、點燃：、點燃： 指用電火花產生指用電火花產生火焰核心火焰核心并引起火焰并引起火焰傳播傳播的過程。的過程。點火過程：靠火花能量點火過程：靠火花能量局部混合氣升溫局部混合氣升溫引起電離引起電離形成活性中心形成活性中心加速化學反應加速化學反應形成火焰核。形成火焰核。火焰成長、傳播的必要條件：火焰成長、傳播的必要條件： 給靠近火焰核的未燃氣供給足夠的能量。給靠近火焰核的未燃氣供給足夠的能量。 這種能量的來源：點火能量、反應后釋放的熱量積累。這種能量的來源：點火能量、反應后

33、釋放的熱量積累。影響最小點火能量的因素：燃料種類、濃度；氧的濃度；影響最小點火能量的因素：燃料種類、濃度；氧的濃度； p、T；點火處氣流狀態；電極形狀；點火處氣流狀態；電極形狀、距離等。距離等。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院電極間隙與點火能量關系：電極間隙與點火能量關系： 電極間隙過大電極間隙過大需點火能量越大；需點火能量越大； 間隙過小間隙過小能量在大也不能著火。能量在大也不能著火。熄火距離：指不能著火的最小電極間隙。熄火距離：指不能著火的最小電極間隙。 混合氣濃度限制：混合氣濃度限制： 超出著火界限，不能著火。超出著火界限，不能著火。汽油機循環變動：火焰核形成汽油機循環變

34、動：火焰核形成 過程中條件的隨機性造成。過程中條件的隨機性造成。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院火焰前鋒火焰前鋒燃燒區燃燒區二、內燃機的燃燒方式二、內燃機的燃燒方式1、預混合燃燒、預混合燃燒 特點：特點：著火前預先混合而形成可燃混合氣體；著火前預先混合而形成可燃混合氣體；在燃燒室空間壓力和溫度在燃燒室空間壓力和溫度不均勻。不均勻。局部點燃后形成火焰核，局部點燃后形成火焰核， 在預混合氣中以火焰傳在預混合氣中以火焰傳 播形式完成燃燒過程。播形式完成燃燒過程。 任一時刻溫度的分布任一時刻溫度的分布: 已燃區已燃區燃燒區燃燒區未燃區未燃區 第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學

35、院院根據混合氣的氣流特性，將預混合氣的火焰傳播過程分根據混合氣的氣流特性，將預混合氣的火焰傳播過程分為為層流火焰傳播層流火焰傳播和和湍流火焰湍流火焰傳播過程。傳播過程。1）層流火焰傳播）層流火焰傳播: 特點：火焰前鋒為球面，且很薄特點：火焰前鋒為球面，且很薄=1/10mm1/100mm 層流火焰將燃燒室分為已燃和未燃區層流火焰將燃燒室分為已燃和未燃區u傳播原理：層流火焰面內溫度梯度和濃度梯度很大傳播原理：層流火焰面內溫度梯度和濃度梯度很大; 引起強烈的傳熱和傳質現象；引起強烈的傳熱和傳質現象； 促使鄰近混合氣快速化學反應；促使鄰近混合氣快速化學反應； 造成火焰空間移動現象造成火焰空間移動現象火

36、焰傳播火焰傳播第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院影響層流火焰傳播的因素：生成影響層流火焰傳播的因素：生成HC的主要原因的主要原因混合氣性質：混合氣性質： 當當 a=0.80.9時，反應溫度高，傳播速度最快；時，反應溫度高，傳播速度最快； 當當 a=11.15時，傳播速度約降低時，傳播速度約降低10%15%； 過濃或過稀：反應溫度過低不能維持火焰傳播過濃或過稀：反應溫度過低不能維持火焰傳播縫隙：火焰不能傳播的最小縫隙稱為淬熄距離；縫隙：火焰不能傳播的最小縫隙稱為淬熄距離； 如氣缸間隙、火花塞縫隙等火焰不能傳播；如氣缸間隙、火花塞縫隙等火焰不能傳播；溫度：火焰傳播到壁面時，溫度：火焰

37、傳播到壁面時，T過低不能傳播。過低不能傳播。smsmL/5 . 0/4 . 0汽油機：一般汽油機：一般第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院2）湍流火焰傳播）湍流火焰傳播 湍流：氣流中不同尺寸渦旋不斷形成、發展、分解與消湍流：氣流中不同尺寸渦旋不斷形成、發展、分解與消失的不穩定流動過程。失的不穩定流動過程。產生原因：粘性氣流速度增加到一定值后，由于邊界阻產生原因：粘性氣流速度增加到一定值后，由于邊界阻礙、外部干擾等原因，造成氣流內部形成許多渦旋。礙、外部干擾等原因，造成氣流內部形成許多渦旋。特點：渦旋套渦旋，各種不同尺寸的渦旋組成連續的渦特點：渦旋套渦旋，各種不同尺寸的渦旋組成連續的

38、渦旋譜。旋譜。 空間時間上紊亂無序變化，但有隨機性質；空間時間上紊亂無序變化，但有隨機性質；評價方法：湍流尺度和湍流強度評價方法：湍流尺度和湍流強度第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院湍流尺度：指渦旋翻滾一個周期所作用的范圍湍流尺度：指渦旋翻滾一個周期所作用的范圍u 宏觀湍流：決定其力學性質；宏觀湍流：決定其力學性質；u 微觀湍流：在流體的粘性作用下將湍流能轉化為熱能微觀湍流：在流體的粘性作用下將湍流能轉化為熱能 而消失。而消失。 宏觀宏觀微觀微觀分子運動分子運動熱能熱能湍流強度：用脈動速度的均方根來表示湍流的能量，湍流強度：用脈動速度的均方根來表示湍流的能量， 主要影響湍流火焰傳

39、播速度。主要影響湍流火焰傳播速度。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院湍流對火焰傳播的作用：湍流對火焰傳播的作用：宏觀湍流：使火焰前鋒皺折，增大反應面積，但層流火宏觀湍流：使火焰前鋒皺折，增大反應面積，但層流火焰前鋒結構不變；焰前鋒結構不變；微觀湍流：加強傳質傳熱（擴散）微觀湍流：加強傳質傳熱（擴散）相對層流導熱系數相對層流導熱系數增大增大100倍，倍，由此提高紊流火焰傳播速度由此提高紊流火焰傳播速度。提高湍流強度：火焰前鋒結構破裂，促進已燃氣體與未提高湍流強度：火焰前鋒結構破裂，促進已燃氣體與未燃氣體迅速混合，縮短反應時間，提高放熱速率。燃氣體迅速混合，縮短反應時間，提高放熱速率

40、。smT/7020湍流火焰傳播速度：湍流火焰傳播速度：第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院2、擴散燃燒：、擴散燃燒：壓縮終了向缸內高溫高壓空氣直噴燃料；壓縮終了向缸內高溫高壓空氣直噴燃料；燃料噴射需時間，燃料蒸發溫度低于著火溫度，燃料噴射需時間，燃料蒸發溫度低于著火溫度， 故，后續噴入的燃料故，后續噴入的燃料邊混合邊燃燒。邊混合邊燃燒。擴散燃燒時，缸內溫度很高，只要燃料與空氣混合，其擴散燃燒時，缸內溫度很高，只要燃料與空氣混合，其化學反應就很快進行。化學反應就很快進行。 擴散燃燒過程完全取決于燃料和空氣的混合速度。擴散燃燒過程完全取決于燃料和空氣的混合速度。擴散燃燒期，燃燒室內同時

41、存在三個相：擴散燃燒期，燃燒室內同時存在三個相： 可燃混合氣、空氣和燃燒產物。可燃混合氣、空氣和燃燒產物。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院1）單滴油滴的擴散燃燒模型：）單滴油滴的擴散燃燒模型： 擴散燃燒過程是氣液兩相混合燃燒過程，不是液體燃料擴散燃燒過程是氣液兩相混合燃燒過程，不是液體燃料的直接燃燒，故首先液體燃料充分氣化。的直接燃燒，故首先液體燃料充分氣化。油滴蒸發：表面形成濃度梯度油滴蒸發：表面形成濃度梯度著火條件：濃度、溫度適當；著火條件：濃度、溫度適當；著火后的燃燒過程：取決于著火后的燃燒過程：取決于 燃料與空氣的擴散速度；燃料與空氣的擴散速度；當火焰包圍燃料時：當火焰

42、包圍燃料時： 造成高溫缺氧，形成碳煙。造成高溫缺氧，形成碳煙。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院u擴散燃燒特點：擴散燃燒特點：燃燒過程受擴散、流動、混合與熱交換的制約，燃燒過程受擴散、流動、混合與熱交換的制約， 反應速度要比流動、擴散、混合的速度快得多；反應速度要比流動、擴散、混合的速度快得多；濃度梯度的擴散：受流動、混合、熱交換的影響濃度梯度的擴散：受流動、混合、熱交換的影響氣液兩相的擴散燃燒氣液兩相的擴散燃燒液體先蒸發，在油滴表面形成可液體先蒸發，在油滴表面形成可燃混合氣（擴散與混合過程），溫度適當條件燃混合氣（擴散與混合過程），溫度適當條件燃燒。燃燒。所以，燃料的霧化、蒸發

43、及氣流特性起決定性作用。所以，燃料的霧化、蒸發及氣流特性起決定性作用。第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院 2）噴霧燃燒：）噴霧燃燒：無數個油滴相互干涉氣化混合等，無數個油滴相互干涉氣化混合等， 不同于單油滴蒸發燃燒。不同于單油滴蒸發燃燒。實際噴霧過程，由大大小小油滴組成；實際噴霧過程，由大大小小油滴組成； 預混合燃燒與擴散燃燒同時存在。預混合燃燒與擴散燃燒同時存在。高壓噴射：噴霧質量得到改善高壓噴射：噴霧質量得到改善噴入后缸內直接霧化，噴入后缸內直接霧化， 混合氣形成速率。混合氣形成速率。 所以，擴散燃燒過程控制：溫度及空氣流的控制；所以，擴散燃燒過程控制：溫度及空氣流的控制； 溫度受控于噴射規律溫度受控于噴射規律第四章燃料與燃燒吉吉林林大大學學汽汽車車學學院院3稀薄混合氣的均質低溫壓燃稀薄混合氣的均質低溫壓燃 C/H燃料燃燒結果：高溫高壓燃料燃燒結果：高溫高壓對外做功對外做功 產物：產物：CO、HC、NOx、PM污染環境污染環境對車用內燃機燃燒過程的要求：高效率、超低排放對車用內燃機燃燒過程的要求：高效率、超低排放 高效率：高效率： 經濟性，經濟性，節能節能； CO2 超低排放：超低排放： NOx 、CO、HC、PM 措施：高效率化措施：高效率化燃燒完全、及時燃燒完全、及時 低排放化低排放化稀薄、低溫燃燒稀薄、低溫燃