BÀI TẬP QUÁ TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Cho biết quá trình cháy là đẳng áp đoạn nhiệt và nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp là T = 350K.. Tính thành phần hỗn hợp sau khi cháy.. Tính thành phần hỗn hợp trước khi cháy.. PHẦN I: QUÁ TR

Trang 1

Bài tập số 1: Tính nhiệt độ sản vật cháy của hỗn hợp CH4 và

không khí với  = 1, 05 Cho biết quá trình cháy là đẳng áp đoạn

nhiệt và nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp là T = 350K

Giải:

1 Tính thành phần hỗn hợp sau khi cháy

2 Tính thành phần hỗn hợp trước khi cháy

3 H  = 0, giải phương trình tìm T

1 Tính thành phần hỗn hợp sau khi cháy:

Ta có phương trình cháy tổng quát của nhiên liệu

hydro-cacbon CaHb đối với 1 mol O2 được viết như sau:

Trong đó:

−  = 3, 773: tỉ số phân tử giữa N và O đối với không khí

− Với hydro-cacbon là CH4, ta có:

a 1, b = = 4

b 4

a 1

 = = =

0,5

4 y 4 4

− ni: số mol của chất i so với 1 mol O2 tham gia phản ứng

PHẦN I: QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Trang 2

Đối với hỗn hợp giàu ( = 1, 05 1  ), hệ số cân bằng K có thể

được xác định nhờ đường cong thực nghiệm (1.3) với T là nhiệt

độ tuyệt đối:

( ) 1,761.103 1,611.102 6 0, 2803.103 9

ln K T 2,743

Hoặc giả thiết hệ số cân bằng K là hằng số trong phạm vi

làm việc bình thường của động cơ Khi đó ta chọn K = 3, 5 tương

ứng với kết quả tính hằng số cân bằng ở nhiệt độ 1740K

Bảng 1.1 thể hiện thành phần khí cháy khi nhiệt độ thấp

hơn 1700K

Bảng 1.1 Thành phần khí cháy ở T<1700K

Chất ni (mol/mol O2 tham gia phản ứng)

1

2

2

H O 2 1−  ( ) 2 1( −   +) c

Tổng nb (1 −   + + ) 1 (2 −   + )

Trong đó, hằng số c được tính từ phương trình bậc 2:

K 1 c − − c K 2   − +  + 1  2 1 −  + 2K   − = 1 0 (1.2) Thay số vào và giải phương trình trên ta được:

Trang 3

2

2,5c − 3,1375c 0,183750 − = 0

1

2

c 1,193411875

c 0,061588125

=



=

Thay kết quả c1 và c2 vào bảng 1.1, ta có:

Bảng 1.2 Số mol các chất sau phản ứng

1

2

2

Ta chọn kết quả tương ứng với c2 = 0,061588125

Vậy ta có phương trình của nhiên liệu CH4 viết cho 1 mol

O2:

0,030794063CH O 3, 773N 0,463411875CO

+1,011588125H O 0,061588125CO 0,038411875H 3,773N

2 Tính thành phần hỗn hợp trước khi cháy:

Khi đã biết thành phần sản vật cháy, chúng ta có thể xác

định thành phần hỗn hợp khí chưa cháy theo xb Số mol của nhiên

Trang 4

liệu đối với 1 mol O2 có trong hỗn hợp phụ thuộc vào phân tử

khối của nhiên liệu, Mf Với công thức phân tử trung bình của

nhiên liệu là (CH y)

 thì:

f

M =  12 + y = 1 12 4 + = 16

Hỗn hợp nhiêu liệu không khí sạch (chưa kể lượng khí sót

và khí xả hồi lưu) sẽ là:

f

4

M +    + + 

Thành phần hỗn hợp khí trước khi cháy bao gồm nhiên liệu,

không khí và khí sót đối với 1 mol O2 có mặt trong hỗn hợp có

thể được viết như sau:

f

4

M



(1.4)

Vậy số mol của các chất có mặt trong hỗn hợp khí chưa

cháy đối với 1 mol O2 được xác định như trong bảng sau:

Bảng 1.3 Thành phần mol hỗn hợp khí trước khi cháy

Chất

i

n (mol/mol O2 tham gia phản

ứng)

1

Nhiên liệu 4 1 x( − b)(1 2 +  ) / M f

O2 1 x −  b 1 x − b

Trang 5

2

CO x b x b( − c)

2

H O 2x 1−   b( ) x b 2 1( −   + ) c

H2 0 x b   − − 2( 1) c

Trong đó nu là số mol tổng cộng của hỗn hợp khí chưa

cháy:

f

4 1 2

M

Chọn xb = 20%, ta có kết quả sau:

Bảng 1.3 Kết quả thành phần mol hỗn hợp khí trước khi cháy

Chất

i

n (mol/mol O2 tham gia phản

ứng)

1

 

Nhiên

2

2

Trang 6

3 Tính nhiệt độ của hỗn hợp khí cháy:

3.1 Entanpi của hỗn hợp trước khi cháy:

Entanpi của chất i ở trạng thái tiêu chuẩn được xác định

như sau:

i1

Trong đó:

o R = 8, 314 kJ / kmol.K( )

o Nhiệt độ ban đầu T 350K = Tra bảng, ta có bảng các hệ số sử dụng cho các chất:

Bảng 1.4 Các hệ số sử dụng cho công thức (1.6) với T=350K

O2 3,6256

-0,0018782 7,0555E-06

-6,7635E-09 2,1556E-12

-1047,5

N2 3,6784

-0,0012082 0,000002324

-6,3218E-10

-2,2577E-13

-1061,2 CO2 2,4008 0,0087351 -6,6071E-06 2,0022E-09 6,3274E-16 -48378

H2O 4,0701

-0,0011084 4,1521E-06

-2,9637E-09 8,0702E-13 -30280

CO 3,7101 - 3,6924E-06 -2,032E-09 2,3953E-13 -14356

Trang 7

0,0016191

H2 3,0574 0,0026765 -5,8099E-06 5,521E-09

-1,8123E-12 -988,9 Đối với nhiên liệu, đa thức tính entanpi có dạng:

f 5

A

Trong đó: t = T K /1000( ) = 0,35

Bảng 1.4 Các hệ số sử dụng cho công thức (1.7)

Nhiên

CH4

-0,29149 26,327 -10,61 1,5656 0,16573

-18,311 Thay số và tính toán, ta có bảng kết quả tính entanpi của

các chất tham gia trước phản ứng:

2

2

H O -240060,80 0,202317625 -48568,5

CO -109006,82 0,012317625 -1342,71

Entanpi trước phản ứng HD =n hi i = -109807

Trang 8

3.2 Entanpi của hỗn hợp sau khi cháy:

Tương tự như trên, ta có bảng thông số dùng để tính

entanpi của các chất sau phản ứng có nhiệt độ >1000K:

Bảng 1.4 Các hệ số sử dụng cho công thức (1.6) với T>1000K

O2 3,622 0,00073618 -1,9652E-07 3,6202E-11 -2,8945E-15 -1202

N2 2,8963 0,0015155 -5,7235E-06 9,9807E-11 -6,5224E-15 -905,86

CO2 4,4608 0,0030982 -1,2393E-06 2,2741E-10 -1,5526E-14 -48961

H2O 2,7168 0,0029451 -8,0224E-07 1,0227E-10 -4,8472E-15 -29906

CO 2,9841 -0,0014891 -0,000000579 1,0365E-10 6,9354E-15 14245

H2 3,1002 0,00051119 5,2644E-08 3,491E-11 3,6945E-15 877,38

Vậy entanpi của hỗn hợp sau khi cháy sau khi thế vào là:

H =n h =

x1

1,19341

1875

x2

0,06158

8125

2

− =

Trang 9

0,1837

DELTA

8,00640

625

SQRT(D

ELTA)

2,82955

9374

1,02580

8788

1100,06

1145

C

1,19341

1875

0,0615

88125

CO2

-0,66841

1875

0,4634

11875

0,08665

1435

0,03079

4063

H2O

2,14341

1875

1,0115

88125

0,18915

2604

CO

1,19341

1875

0,0615

88125

0,01151

6104

Trang 10

H2

-1,09341

1875

0,0384

11875

0,00718

2475

0,70549

7382

TRƯỚC KHI

H TRƯỚ

Nhiên

-72814,6

26213,8

522

5752,58

4641

CO2

0,09268

2375

0,1853

6475 -393,52

-391503,

01

-354599,

5971

H2O

0,20231

7625

0,4046

3525 -241,83

-240060,

-211636,

Trang 11

CO

0,01231

7625

0,0246

3525 -110,54

-109006,

82

136432,

2613

H2

0,00768

2375

0,0153

38530,6

1186

-118,205

8297

-109806,

9227

-346827,

8304

-0,0018

782

7,0555E -06

-6,7635E -09

2,1556 E-12 -1047,5

-0,0012

082

0,00000

2324

-6,3218E -10

-2,2577 E-13 -1061,2

0,0087

351

-6,6071E -06

2,0022E -09

6,3274 E-16 -48378

-0,0011

084

4,1521E -06

-2,9637E -09

8,0702 E-13 -30280

Trang 12

0,0016

191

-06

2,032E-09

E-13

0,0026

765

-5,8099E -06

5,521E-09

-1,8123 E-12 -988,9

0,0007

3618

-1,9652E -07

3,6202E -11

-2,8945

0,0015

155

-5,7235E -06

9,9807E -11

-6,5224 E-15 -905,86

0,0030

982

-1,2393E -06

2,2741E -10

-1,5526 E-14 -48961

0,0029

451

-8,0224E -07

1,0227E -10

-4,8472 E-15 -29906

-0,0014

891

-0,00000

0579

1,0365E -10

6,9354

0,0005

1119

5,2644E -08

3,491E-11

3,6945 E-15 877,38

Trang 13

CH4

-0,29149 26,327 -10,61 1,5656

0,1657

3 -18,311