当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第二章：燃料、工质与热化学 > 2.9 燃烧热化学 > Video
同学们好
这节课我们学习
燃烧热化学相关的知识
燃料燃烧的本质是
燃料中的碳和氢
与空气中的氧气
进行氧化放热反应
通过这节的学习
要求大家掌握
燃料燃烧需要多少空气
会发出多少热量
以及燃烧前后工质的变化
在此基础上
加深对混合气体的热值的理解
我们知道燃料中的主要元素
是碳 氢和氧
其他元素含量很少
可以忽略不计
碳和氢完全燃烧前后
质量和体积的变化关系
如这个表所示
由于液体燃料的相对分子质量很大
所占体积很小
所以表中的碳和氢
可以认为不占体积
从表中可以看出
氢燃烧所需要的氧气
是碳的三倍
而碳燃烧后体积不变
氢燃烧后体积增大
这些规律我们可以从
碳 氢 氧它们的
质量平衡关系
和摩尔平衡关系中得到
我们设1公斤燃料中
有gc公斤碳 gh公斤氢 go公斤氧
三者之和为1公斤
从表中的数据可以看出
1公斤燃料完全燃烧时
所需要的氧
为(8/3gc+8gh-go)公斤
而氧气在空气中的质量分数为
23.2%
所以1公斤燃料完全燃烧
所需空气量为1除以0.232
再乘以三分之八的gc
加8gh减go
也称之为质量化学计量比
同理我们也可以计算得到
1公斤燃料完全燃烧
所需要氧气的摩尔数
为十二分之gc加上四分之gh
减去三十二分之go kmol
而氧气在空气中的摩尔百分比
为21%
因此1公斤燃料完全燃烧
所需空气量为Lo
等于1除以0.21乘上
十二分之gc加四分之gh
减三十二分之go
我们也称之为摩尔化学计量比
接下来我们介绍燃烧前后
工质体积变化情况
发动机缸内工质
燃烧后与燃烧前分子总数之比
我们定义为分子变化系数μ
对于汽油机和柴油机来说
μ一般都大于1
这一因素对于做功是有利的
也就是说分子变化系数大于1
是做对做功是有利的
会提高循环的热效率
一般来说汽油机的μ
在1.07到1.12范围
而柴油机的要小一些
在1.03到1.06这个范围
这是因为汽油中
氢含量较大
燃烧后体积增大会多一些
那么柴油机一般是稀燃
过量空气系数较大
有一些空气中的氮气
它是不参加燃烧的
那么它们在燃烧前后的体积
是不变的
所以柴油机它的分子变化系数
相对要小一些
总体来说
汽油和柴油机分子变化系数
对性能的影响不大
但是在汽油机混合气较浓
燃烧不完全而出现
一氧化碳的时候
因为会有这么一个反应
就是两摩尔的碳
加一摩尔的氧气
会得到两摩尔的一氧化碳
也就是说反应会使体积加大一倍
分子变化系数会增大
所以性能分析的时候
应记录这一因素的影响
分子变化系数
随过量空气系数的变化规律
如这个图所示
值得指出的是
气体燃料发动机
由于燃料分子
要计入燃前分子总数
而燃料分子在燃后不复存在
所以它的分子变化系数
有可能是小于1的
显然这是一个不利的因素
也就是气体燃料发动机
做功能力会弱一些
最后我们对混合气热值
进行进一步解析
我们在第一章
已经对燃料热值
与混合气热值进行了定义
这里不再重复
我们这里只想强调两点
第一 由于燃烧时
缸内工质是燃料与空气
组成的可燃混合气
所以影响燃烧放热量的
不仅有燃料的热值
还有空气量
用可燃混合气热值
来评价燃烧放热量
显然比燃料热值更全面更合理
这是第一点
第二点混合气热值
实际上有两种定义和两种单位
一种是单位质量混合气
在标准热状态下完全燃烧
所释放的热量
也就是质量混合气热值
那么我们用Hum表示
它的单位是kJ/kg
另外一种是单位摩尔数
或单位体积混合气
在标准热状态下完全燃烧
所释放的热量
也就是体积混合气热值
我们用（Hum）v表示
它的单位是kJ/m3
体积混合气热值
本质上代表了混合气的能量密度
越高 则相同工作容积
发出来的功越高
与我们在第一章定义的
有效平均压力pme一样
是一个可比的能反映发动机
动力性的一个参数
所以混合气热值
用体积混合气热值来表示
更有可比性 也更重要
下面我们基于体积混合气热值的
表达式对几种常见燃料的
体积混合气热值
即做功能力进行对比分析
可以总结出以下几点规律
第一 对液体烃燃料
由于它们的氢碳比质量比
下降的时候
它的碳质量会增大
因为碳热值要比氢热值
低3.7倍左右
所以燃料热值有所下降
但是氢燃烧所需空气量
我们刚才说了比碳燃烧
要多三倍
结果是各种液体烃燃料的
混合气热值
实际上相差并不大
汽油热值高于柴油热值
但是混合气热值比较接近
就是这个道理
第二 关于气体烃燃料
尽管它们的氢碳比比较高
燃料热值高
但是由于本身相对分子质量较小
燃料蒸气容积不能忽略
混合气密度小
因而混合气热值反而偏低
这就是天然气 甲烷
它的混合气热值
在所有烃类燃料中为最低
的一个主要原因
第三 关于含氧醇燃料
如甲醇 乙醇
由于含氧量较多
它的热值是比汽油柴油
烃类燃料要低的多
但是因为燃料中的氧
也参与燃烧
所需加入的空气量相应是下降的
结果醇燃料的混合气热值
与汽油柴油的相近
只是因本身相对分子质量较低
混合气体积这个热值要偏小一些
第四 是关于氢燃料的问题
那么氢燃料的热值是最高的
约为汽油柴油的三倍
但所需空气量也约为
汽油柴油的三倍
如果计及氢本身所占体积
则其混合气热值会很低
因此直接使用气态氢
会大大降低发动机的动力性能
只有在进气后的压缩过程中
向缸内直接喷液态氢
才会大幅度提高其做功能力
提高它的动力性
由以上分析可以得出结论
各种燃料的热值差别很大
烃类燃料和含氧燃料
氢燃料差别很大
但这并不意味着混合气热值
有相同的差别
要具体情况具体分析
总体来说液体烃燃料的
混合气热值大体相同
但气体燃料的混合气热值偏低
关于发动机燃料燃烧热化学
相关知识就介绍到这里
同学们再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
--Video
-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
--Video
-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
--Video
-2.1 燃料的分类
--Video
-2.2 汽油、柴油的炼制
--Video
-2.3 汽油的理化特性
--Video
-2.4 柴油的理化特性
--Video
-2.5 燃料构成与理化特性
--Video
-2.6 汽油、柴油质量标准
--Video
-2.7 燃料与发动机工作模式
--Video
-2.8 工质主要热力参数
--Video
-2.9 燃烧热化学
--Video
-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
--Video
-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
--Video
-3.5 真实循环对热效率的影响
--Video
-3.6 机械损失的构成
--Video
-3.7 机械损失的测量方法
--Video
-3.8 机械效率的影响因素
--Video
-3.9 发动机的能量分配与转化效率
--Video
-3.10 发动机的节能途径与技术
--Video
-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
--Video
-4.2 配气相位对发动机性能的影响
--Video
-4.3 充量系数的解析式
--Video
-4.4 进气阻力对充量系数的影响
--Video
-4.5 其他因素对充量系数的影响
--Video
-4.6 充量系数的速度特性
--Video
-4.7 压力波及其传播特性
--Video
-4.8 单缸机的进排气动态效应
--Video
-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
--Video
-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
--Video
-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
--Video
-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
--Video
-5.1 发动机运行工况
--Video
-5.2 发动机特性曲线分类
--Video
-5.3 发动机速度特性
--Video
-5.4 发动机负荷特性
--Video
-5.5 发动机全特性
--Video
-5.6 发动机外特性与整车动力性
--Video
-5.7 发动机全特性与整车经济性
--Video
-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
--Video
-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
--Video
-6.1 燃烧现象及其分类
--Video
-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
--Video
-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
--Video
-6.4 均质混合气中的火焰传播
--Video
-6.5 液体燃料的雾化
--Video
-6.6 油滴的蒸发与燃烧
--Video
-6.7 示功图与燃烧放热率
--Video
-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
--Video
-7.2 柴油机燃烧放热规律
--Video
-7.3 柴油机燃油喷射系统
--Video
-7.4 柴油机喷油过程
--Video
-7.5 柴油机缸内气流运动
--Video
-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
--Video
-7.7 柴油机混合气形成方式
--Video
-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
--Video
-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
--Video
-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
--Video
-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
--Video
-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
--Video
-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
--Video
-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
--Video
-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
--Video
-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
--Video
-9.2.1 NO的生成机理
--Video
-9.2.2 CO和HC的生成机理
--Video
-9.2.3 PM和Soot的生成机理
--Video
-9.3 有害排放物生成的影响因素
--Video
-9.4 汽油机机内净化技术
--Video
-9.5 柴油机机内净化技术
--Video
-9.6 汽油机后处理技术
--Video
-9.7 柴油机后处理技术
--Video
-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
--Video
-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
--Video
-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
--Video
-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
--Video
-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
--Video
-10.6 天然气发动机
--Video
-10.7 氢燃料发动机
--Video
-10.8 二甲醚发动机
--Video
-10.9 甲醇发动机
--Video
-10.10 乙醇发动机
--Video
-10.11 生物柴油发动机
--Video
-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
