Навигация
2.2 Моторные характеристики.
Водород характеризуется наиболее высокими энерго-массовыми показателями среди химических топлив. Низшая теплота сгорания молекулярного водорода (с образованием водяного пара) составляет 241,9 МДж/моль (57740 ккал/моль), что соответствует 120 МДж/кг ( 28640 ккал/кг). С учетом диссоциации при 7,84 МПа расчетная теплота сгорания равняется 117,99 МДж/кг (28160 ккал/кг). Таким образом, водород по массовой энергоемкости превосходит традиционные углеводородные топлива примерно в 2,5-3., спирты-в 5-6 и аммиак-в 7 раз. Однако вследствие очень низкой плотности водорода его объемные энергетические характеристики невысоки даже в криогенной форме (см. таблицу 2.):
Таблица 2.
| Форма водорода | Газ (н.у.) | жидкий | шугообразный | твёрдый | |
| Теплота сгорания | МДж/мі | 10,501 | 8373,8 | 9439,2 | 10501,1 |
| ккал/л | 2,506 | 1998,5 | 2252,8 | 2506,2 | |
Массовая теплопроизводительность водорода – воздушных смесей также превышает теплопроизводительность остальных топлив и составляет 3,298 МДж/кг (787 ккал/кг) при б=1.
Однако из-за низкой энергоплотности водород по объемной теплопроизводительности уступает большинству жидких и газообразных топлив. Теплота сгорания 1м3 стехиометрической водородо-воздушной смеси составляет 3,1 МДж (740ккал), что меньше примерно на 15 и 10% по отношению соответственно к бензинам и спиртам.
Температура самовоспламенения водорода зависит от состава смеси и составляет для стехиометрических композиций 500-510єС [ ]. При этом период задержки воспламенения зависит от коэффициента избытка окислителя и в области Т>1100 К удовлетворительно описывается формулой:
фзд=(2•10‾8/Р)•е8600/Т,
где фзд выражено в секундах, а Р – в атмосферах.
Среди горючих газов водород характеризуется наиболее низкой энергией воспламенения (примерно в 70 раз меньше, чем у метана) и высокой скоростью сгорания. Максимальное значение нормальной скорости распространения пламени в водородо-воздушных смесях составляет по различным оценкам 240-270 см/с, причем сильно зависит от температуры (см. таблицу 3.) [ ]:
Таблица 3.
| Температура смеси, єС | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 |
| Скорость распространения пламени, см/с | 250 | 400 |
600 | 900 | 1200 |
Максимум скорости не соответствует стехиометрическому соотношению, а довольно значительно сдвинут в область избытка содержания водорода, где соответственно кинетическому уравнению осуществляются оптимальные условия для выхода продуктов реакции. В условиях камеры сгорания двигателя скорость горения водородных смесях значительно выше нормальной скорости распространения пламени вследствие повышенных температур и давлений, а также значительной турбулизации горючей смеси. Согласно большинству данных водород начинает детонировать при степенях сжатия е≥6 в широком диапазоне б. В то же время очистка камеры сгорания (удаление нагара и выступающих кромок, шлифовка поверхности) позволяет осуществить работу на водороде при е близких 14 и стехиометрических смесях.
Зависимости концентрационных пределов детонации и воспламенения водорода воздушных смесей от степени сжатия приведены на рис.1.
Эти данные получены на стандартной установке CFR по моторному методу при температуре поступающей в двигатель смеси 38єС [ ]. Устойчивое воспламенение водорода обеспечивается в весьма широкой области б, причем богатая граница с увеличением е расширяется, в то время как бедная практически не изменяется. Однако вследствие высокой активности водорода его детонационное сгорание происходит уже при е=6 в области 0,2≤б≤1,82. Повышение степени сжатия расширяет концентрационные границы детонации до 0,12≤б≤2,85 при е=15. В данных условиях область отсутствия детонации, представляющая практический интерес, охватывает диапазон топливных смесей с б=2ч5.
Влияние добавок водорода на антидетонационную стойкость углеводородного топлива носит довольно сложный характер. На рис.2, при степени сжатия 12 увеличение концентрации водорода в метане до 60% практически не оказывает влияния на концентрационные пределы детонации [8]. Однако при дальнейшем повышении содержания водорода наблюдается тенденция к детонационному сгоранию, так что при концентрациях Н2 свыше 60% детонация имеет место уже при е=6, а при содержании водорода от 90 до 95 диапазон детонации расширяется почти в 2 раза. Отмечается, что для небольших добавок водорода (до 20%) детонация не наблюдается даже при степенях сжатия 15. при низком соотношении топлива к воздуху изменение пределов детонации при увеличении концентрации водорода в топливной смеси довольно умеренно, в то время как в богатой области предел детонации резко увеличивается с повышением содержания Н2.
Рис.1. Концентрационные пределы водородо - воздушных смесей:
1-воспламенение; 2-детонация.
Рис.2. Концентрационные пределы детонации водородо – метановых смесей:b1-при температуре смеси 156єС; 2-при температуре смеси 38єС.
Похожие работы
... искры грузовых автомобилей. Механический КПД Эффективный КПД Эффективный удельный расход топлива, г/кВт*ч, Здесь Нu принять в МДж/кг. 1.8 Основные размеры двигателя Литраж двигателя, л, дм3, Здесь τ=4 – тактность современных транспортных двигателей. Рабочий объем одного цилиндра, дм3, где i – число цилиндров. Диаметр цилиндра и ход поршня ...
... ГТК России) были утверждены, а Министерством юстиции РФ (далее Минюст РФ) зарегистрированы «Общие правила перемещения через таможенную границу РФ транспортных средств физическими лицами»[6]. Но в начале 1996 года сложилась система государственного регулирования внешнеторговой деятельности, основой которой стала защита интересов отечественных производителей, стимулирование экспорта, сближение с ...
... контроля" передаст сигнал в "Центр". Система предназначена исключительно для городов и, по признанию разработчиков, не заменит автобусы и автомобили, а станет лишь дополнением к существующим видам общественного транспорта. 4.Монокар В современном мире существуют два основных типа транспортных средств. АВТОМОБИЛИ имеют более высокий комфорт, безопасность, грузоподъемность и т.д., но ...
... имитируемых эксплуатационных условиях и должны обеспечивать проведение всех видов и категорий контрольных и ресурсных испытаний, предусматриваемых общими техническими условиями (ОТУ) для серийного производства, а также после их ремонта. Испытательные стенды авиационных опытных ГТД, их систем и сборочных единиц (в составе ГТД) предназначены для проведения испытаний, исследований и доводки опытных ...
0 комментариев