MÔI CHẤT CÔNG TÁC CỦA ĐCĐT I Khái niệm môi chất công tác dùng cho động đốt Khái niệm chung Môi chất công tác chất mơi giới dùng để thực chu trình cơng tác thực tế động Môi chất công tác ĐCĐT Đối với động đốt trong, môi chất cơng tác gồm có chất ơxy hố, nhiên lệu sản vật cháy nhiên liệu Đa số động đốt dùng khơng khí làm chất ơxy hố Trong chu trình cơng tác động cơ, mơi chất cơng tác ln thay đổi tính chất lý hố Ở hành trình nạp: Tuỳ thuộc vào kiểu loại động mà người ta đưa vào xy lanh khí hỗn hợp khí Khí hỗn hợp khí gọi khí nạp Ở hành trình nén: Mơi chất cơng tác gọi khí hỗn hợp cơng tác , hỗn hợp khơng khí với khí sót hỗn hợp khơng khí, nhiên liệu khí sót (Ở động xăng) Ở trình giãn nở thải: Môi chất công tác gọi sản vật cháy nhiên liệu Trong động đốt nhiệt cần thiết để chuyển thành công giới kết phản ứng hoá học nhiên liệu ơxy có khơng khí xi lanh Thời gian để tiến hành phản ứng ngắn, chiếm khoảng 1/100 ÷ 1/1000s phụ thuộc vào tốc độ động cơ, cần phải có thời gian định để chuẩn bị hỗn hợp Thời gian chuẩn bị hỗn hợp dài hay ngắn tuỳ thuộc vào phương pháp hình thành hỗn hợp Trong thực tế, động đốt kiểu piston người ta sử dụng loại nhiên liệu dễ hoà trộn (Dễ bốc hơi), sản vật cháy khơng có tro dể tránh bó kẹt mài mịn cho cụm xecmăng – piston - xi lanh Vì dùng nhiên liệu thể khí thể lỏng, khơng dùng nhiên liệu thể rắn II Nhiên liệu dùng cho động đốt Thành phần hóa học nhiên liệu a Nhiên liệu lỏng: Nhiên liệu thể lỏng dùng động đốt trong, chủ yếu loại sản phẩm q trình chưng cất dầu mỏ Nó hỗn hợp nhiều cacbuahyđrơ có kết cấu phân tử khác Tính chất lý hố nhiên liệu ảnh hưởng lớn tới trình bốc tốc độ cháy nhiên liệu Theo nhiệt độ chưng cất, ta có loại nhiên liệu sau: Dầu mỏ Xăng máy bay Dầu hoả 400 C 2000C Nhiên liệu thể khí 1500C Xăng Ơtơ 2500C Nhiên liệu diesel 3500C Nhiên liệu nặng, Dầu bôi trơn, mỡ b Nhiên liệu Điêzen: Nhiên liệu Điêzen nhiên liệu lỏng, sản phẩm trình chưng cất dầu mỏ Nó hỗn hợp nhiều cacbuahyđrơ có kết cấu phân tử khác nhau, thành phần hỗn hợp định tính chất lý-hố nhiên liệu ảnh hưởng nhiều đến trình bốc cháy nhiên liệu Thành phần chủ yếu dầu mỏ cacbuahyđrô sau: Pharaphin (ankan) CnH2n+2 Napten (xicơlan) CnH2n Và cacbuahyđrơ thơm CnH2n-6 ; CnH2n-12 Trung bình dầu mỏ chứa khoảng 84–85% Các bon và12–14% Hyđrơ, cịn lại Nitơ, Ôxy Lưu huỳnh Đối với nhiên liệu Điêzen, thành phần tốt ankan thơng dụng so với liên kết chất Izơankan, có nhiệt độ tự bốc cháy thấp Do người ta dùng sản phẩm dầu mỏ có thành phần nặng làm nhiên liệu Điêzen Cho dù tỷ lệ thành phần nhiên liệu lỏng có khác nhau, khơng tính đến Lưu huỳnh Nitơ thì: C + H + O =1 Trong C;H;O tính theo phần trăm chứa 1kg nhiên liệu Những tính chất chủ yếu nhiên liệu Điêzen: a- Nhiệt trị nhiên liệu -Là số nhiệt lượng toả đốt cháy hồn tồn đơn vị khối lượng thể tích nhiên liệu -Nhiệt trị loại đặc tính phổ biến, chung nhiên liệu, xác định giá trị nhiên liệu -Nhiệt trị áp suất không đổi (Q p ): Là nhiệt lượng toả từ sản vật cháy đơn vị khối lượng thể tích nhiên liệu làm lạnh đến nhiệt độ nhiệt độ khí hỗn hợp trước lúc đốt cháy điều kiện áp suất sản vật cháy làm lạnh áp suất khí hỗn hợp trước lúc đốt cháy -Nhiệt trị thể tích khơng đổi (Qv ): Là nhiệt lượng toả từ sản vật cháy đơn vị khối lượng thể tích nhiên liệu làm lạnh đến nhiệt độ nhiệt độ khí hỗn hợp trước lúc đốt cháy điều kiện thể tích sản vật cháy làm lạnh thể tích khí hỗn hợp trước lúc đốt cháy -Trong hai loại nhiệt trị Qp có ý nghĩa thực tế Qv -Mối liên quan: Qp = Qv + pt(Vt – Vs ) (J/kg) -Trong pt áp suất trước lúc đốt cháy khí hỗn hợp, V t Vs thể tích trước sau đốt cháy Qp nhỏ Qv khoảng 0,2% Nhiệt trị cao (Q0): Là nhiệt lượng thu có kể số nhiệt lượng toả ngưng tụ nước chứa sản vật cháy ta làm lạnh đến nhiệt độ ban đầu Trong thực tế động đốt trong, nhiệt độ khí thải thải nhiệt độ cao, cao nhiệt độ điểm sương nên ngưng tụ nước Vì tính toán thường dùng nhiệt trị thấp Nhiệt trị thấp (QH ): Là nhiệt lượng thu không kể đến số nhiệt lượng toả ngưng tụ nước chứa sản vật cháy ta làm lạnh đến nhiệt độ ban đầu QH = Q0 – 2,512.106 (9H+W ) (J/kg ) Trong đó: 2,512.10 J/kg trị số nhiệt ẩm hoá 1kg nước 9H lượng nước hìmh thành đốt cháy Hkg hyđrơ có 1kg nhiên liệu W lượng nước chứa 1kg nhiên liệu b Khối lượng riêng nl Khối lượng riêng tỉ số khối lượng nhiên liệu với thể tích chứa chúng Đơn vị g / m3 kg / m3 Giá trị khối lượng riêng cho phép xác định khối lượng nhiên liệu đo thể tích chúng thùng Khối lượng riêng phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng lên, khối lượng riêng nhiên liệu giảm xuống Nhiên liệu dùng cho diesel nhiệt độ 20 0C : 0,83-0,86; mazut: 0,92-0,95; nhiên liệu nặng đạt 1,01 c.Tính bốc nhiên liệu: Tính bốc nhiên liệu có ý nghĩa lớn động chạy nhiên liệu lỏng Đối với động Điêzen, nhiên liệu phun vào xy lanh cuối kỳ nén, nhiên liệu bốc nhanh nhiên liệu hồ trộn với khơng khí tốt cháy diễn nhanh Tính bốc nhiên liệu phụ thuộc vào thành phần chưng cất, thành phần nhẹ nhiều tính bốc nhiên liệu tốt hơn, tính tự cháy lại giảm d Nhiệt độ bén lửa (bắt cháy): Là nhiệt độ thấp mà khí hỗn hợp bùng cháy Nó phụ thuộc vào thành phần chưng cất nhẹ nhiên liệu, làm tiêu phòng cháy cho nhiên liệu tầu nơi dự trữ Ở nhiệt độ thường nhiệt độ bén lửa không 65C e Nhiệt độ tự bốc cháy: Là nhiệt độ thấp mà khí hỗn hợp tự bốc cháy mà không cần phải nguồn đốt cháy Nhiệt độ tự bốc cháy phụ thuộc vào thành phần môi chất áp suất Khi tăng áp suất môi trường hàm lượng oxy nhiệt độ tự bốc cháy giảm xuống (tự bốc cháy tốt tăng áp suất hàm lượng oxy) Nhiệt độ tự bốc cháy áp suất khơng khí 3,5-4,5 Mpa thường khoảng 2000C-2500C Nhiệt độ tự bốc cháy giảm tăng trọng lượng riêng hỗn hợp khí cơng tác, tăng mật độ nhiên liệu tức tăng va chạm nhiên liệu Ôxy Đối với nhiên liệu Điêzen phải có nhiệt độ tự bốc cháy nhỏ Ngược lại xăng yêu cầu nhiệt độ tự bốc cháy lại phải cao Tuy loại nhiên liệu điều kiện khác nhiệt độ tự bốc cháy thay đổi theo g Tính tự cháy nhiên liệu: Tính tự cháy nhiên liệu tính chất quan trọng nhiên liệu Điêzen Để đánh giá tính tự cháy nhiên liệu người ta thường dùng số phương pháp sau Tỷ số nén tới hạn (th): Tỷ số nén tới hạn nhiên liệu tỷ số nén nhỏ nhất, với tỷ số nén động định làm việc chế độ định làm cho nhiên liệu tự bốc cháy Ở động thí nghiệm thay đổi tỷ số nén Đối với nhiên liệu Điêzen tỷ số nén tới hạn nhỏ nhiên liệu tốt Số xêtan nhiên liệu: Là phần trăm tính theo thể tích chất xêtan có hỗn hợp vớichất anphamêtin náptalin, hỗn hợp có tỷ số nén tới hạn giống tỷ số nén tới hạn nhiên liệu thí nghiệm Xêtan loại cácbuahyđrơ C16H34 Số xêtan chất 100 Anphamêtin náptalin loại cácbuahyđrơ hai vịng có chứa nhóm mêtin trộn lẫn với nguyên tử Hyđrô (-C10H7CH3 ), chất có số xêtan Khi xác định số xêtan khơng dùng phương pháp tỷ số nén tới hạn, mà dùng phương pháp xác định thời gian cháy trễ (i ) Thường nhiên liệu Điêzen có số xêtan 40 – 60 Nó ảnh hưởng lớn đến khả làm việc động Thí dụ: Một động dùng nhiên liệu có trị số xêtan 53 thời gian khởi động 3s Nếu dùng không loại nhiên liệu (có số xêtan 38 ) thời gian khởi động kéo dài 45 – 50s Chỉ số Điêzen (D): Đây đại lượng qui ước dùng để đánh giá tính tự cháy nhiên liệu Điêzen, dùng phịng thí nghiệm Tuy phương pháp đơn giản độ xác khơng cao D= (141,5 – 131,5d)(1,8A + 32) (3-4) 100d Trong đó: d trọng lượng riêngcủa nhiên liệu 150C A nhiệt độ kết tủa (Điểm anilin) Tính chất đánh giá khả chống kích nổ nhiên liệu xăng Đây khả tính chất quan trọng để đánh giá chất lượng nhiên liệu dùng cho động đốt cháy cưỡng Khả chống kích nổ xăng phụ thuộc vào thành phần cacbua hydro có chứa xăng Nếu xăng có cacbua hydro dễ tham gia phản ứng cháy nhiệt độ cao dễ nổ Để đánh giá khả chống kích nổ xăng người ta dung khái niệm số octan Là số phần trăm chất idooctan C 8H8 tính theo thể tích chứa hỗn hợp với chất heptan C7H16 tương đương khả kích nổ nhiên liệu cần thử tỷ số nén Chất phụ gia dùng cho nhiên liệu Đó chất hóa học bổ sung vào nhiên liệu với hàm lượng nhỏ để cải thiện một vài tính chất khai thác Một số chất phụ gia chủ yếu nhiên liệu: - Chất tăng cường tự bốc cháy, làm tăng số xeetan nhiên liệu Chất phụ gia bao gồm ête nitrit số rượu, chất ổn định, nguồn tạo gốc tự - Chất phụ gia chống ăn mòn tạo bề mặt kim loại màng bảo vệ Chất phụ gia pha trộn nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh, đảm bảo chống khả ăn mịn có nước biển bề mặt phía đường ống nhiên liệu két chứa - Chất phụ gia chống oxy hóa, làm giảm ngăn ngừa oxy hóa nhiên liệu - Chất phụ gia ổn định, ngăn ngừa lắng đọng nước nhiên liệu - Chất phụ gia chống đông đặc, làm giảm nhiệt độ đông đặc nhiên liệu - Chất phụ gia chống khói tạo khả cháy hết cacbon, nên làm giảm khói khí xả - Chất phụ gia tẩy rửa có khả làm bề mặt đường ống nhiên liệu tránh lắng đọng nhựa III Lượng khơng khí nạp sản phẩm cháy Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy đơn vị nhiên liệu Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy đơn vị nhiên liệu hỗn hợp khí có xi lanh động phụ thuộc vào hai yếu tố: - Lượng thành phần nguyên tố nhiên liệu sử dụng cấp vào xilanh động - Điều kiện hòa trộn chum tia nhiên liệu với khơng khí xi lanh Thành phần nguyên tố hóa học hàm lượng phần trăm theo thể tích hay hàm lượng phần trăm nguyên tố hóa học chủ yếu có thành phần nhiên liệu Khi tính tốn q trình cơng tác động diesel thường sử dụng thành phần ngun tố hóa học trung bình nhiên liệu: C 0.87; H 0.126; O 0.004 Giả thiết 1kg nhiên liệu có C kg cacbon, H kg hydro, O kg oxy S kg lưu huỳnh: C H S O kg Đối với khơng khí khơ, lượng oxy chiếm khoảng 23% (tính theo phần trăm khối lượng), khoảng 21% (tính theo phần trăm thể tích), nên lượng khơng khí khơ lý thuyết cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu (kmol/kg) tính: M0 O �C H S O � � � 0, 21 0, 21 � 12 32 32 � Khái niệm hệ số dư lượng khơng khí ( ) Trong động Điêzen, thời gian hình thành khí hỗn hợp ngắn nên hỗn hợp cháy khơng đồng Trong q trình cháy, có nơi cháy thiếu ơxy, có nơi lại thừa ơxy Để tạo khả cháy tốt cho khí hỗn hợp buồng đốt, thực tế lượng khơng khí nạp vào buồng đốt nhiều lượng khơng khí lý thuyết u cầu Nếu gọi L0 lượng khơng khí lý thuyết (tính theo kg) cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu: Lo = ( C + 8H - O) (kg khơng khí/kg nl ) 0,23 Và gọi L lượng khơng khí thực tế để đốt cháy hồn tồn 1kg nhiên liệu Ta có: L = L0 (kg kk/kg nl) M = M0 (kmol/kg nl) Vậy hệ số dư lượng khơng khí tỷ số lượng khơng khí thực tế với lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu L M = = Lo Mo Đối với động Điêzen ln ln KẾT LUẬN Tóm tắt nội dung nghiên cứu Bổ sung vấn đề học viên đề xuất HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU - Những tính chất chủ yếu nhiên liệu Điêzen? - Khái niệm hệ số dư lượng khơng khí? Ngày tháng Năm 2015 NGƯỜI BIÊN SOẠN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN Trung tá, TS Trần Quốc Toản ... (xicơlan) CnH2n Và cacbuahyđrơ thơm CnH2n-6 ; CnH2n-12 Trung bình dầu mỏ chứa khoảng 84? ??85% Các bon và12– 14% Hyđrơ, cịn lại Nitơ, Ôxy Lưu huỳnh Đối với nhiên liệu Điêzen, thành phần tốt ankan... động kéo dài 45 – 50s Chỉ số Điêzen (D): Đây đại lượng qui ước dùng để đánh giá tính tự cháy nhiên liệu Điêzen, dùng phịng thí nghiệm Tuy phương pháp đơn giản độ xác khơng cao D= ( 141 ,5 – 131,5d)(1,8A... giảm xuống (tự bốc cháy tốt tăng áp suất hàm lượng oxy) Nhiệt độ tự bốc cháy áp suất khơng khí 3,5 -4, 5 Mpa thường khoảng 2000C-2500C Nhiệt độ tự bốc cháy giảm tăng trọng lượng riêng hỗn hợp khí cơng