崔宏波

(内蒙古建筑职业技术学院,内蒙古呼和浩特 010020)

关于内燃机热力燃烧的理论研究

崔宏波

(内蒙古建筑职业技术学院,内蒙古呼和浩特 010020)

能源是人类赖以生存和实现可持续发展的基础之。能源的种类很多．但目前主要使用的是矿物能源。矿物能源是一种不可再生的能源。内燃机热力燃烧与排放性能与它所使用的燃料组成成分和燃料性质的关系十分密切。

内燃机热力燃烧与排放性能 燃料组成成分 燃料性质 关系密切

1 燃料的种类

1.1 气体燃料

气体燃料最重要的性能参数为：燃料成分、密度和热值。(表1)式中：LHV、HHV——分别为低热值和高热值，kJ/kg ；

nH2o，nf——分别为水和燃料的物质的量，kmol

nfg——水在25℃时的蒸发潜热，2440kJ/kg 。

常用气体燃料的热值如表2。①在103kPa和4℃条件下。

1.2 液体燃料

在车用内燃机中，主要使用的液体燃料是汽油、轻柴油以及仅有少量使用的代用燃料甲醇和乙醇等。

2 热力燃烧机理

热力燃烧一般用于处理废气中含可燃组分浓度较低的情况。它和直接燃烧的区别就在于直接燃烧的废气由于本身含有较高浓度的可燃组分，它可以直接在空气中燃烧。热力燃烧则不同，废气中可燃组分的浓度很低，燃烧过程中所放出的热量不足以满足燃烧过程所需的热量。因此，废气本身不能作为燃料，只能作为辅助燃料燃烧过程中的助燃气体，在辅助燃料燃烧的过程中，将废气中的可燃组分销毁。与直接燃烧相比，热力燃烧所需要的温度一般较低，通常为540～820℃。

表1 气体燃料的成分

表2 常用气体燃料的热值

2.1 火焰传播理论

在热力燃烧过程中，一般认为，只有燃烧室的温度维持在760～820℃，驻留时间为0.5s时，有机物的燃烧才能比较完全。而达到这个温度范围是依靠火焰传播过程来实现的。

2.2 混合气体的爆炸极限

燃烧本身是伴有光和热产生的剧烈的氧化反应，为了使这种氧化反应能够在燃烧室的每一点进行彻底，混合气体中可燃组分的浓度必须在一定的浓度范围之内，以形成火焰，维持燃烧，在一个有限的空间内形成气体爆炸。将这一浓度范围的下限称为爆炸下限、上限称为爆炸上限。

2.3 热力燃烧机理

热力燃烧的机理大致可以分为以下三个步骤。

(1)辅助燃料的燃烧——提高热量；(2)废气与高温燃气混合——达到反应温度；(3)废气中可燃组分氧化反应——保证废气于反应温度时所需要的驻留时间。

2.4 热力燃烧的“三T”条件

“三T”条件指的是反应温度(Reaction Temperature)、驻留时间(Residential Time)、湍流混合(Turbulence Mix)。掌握“三T”条件对于热力燃烧的过程是至关重要的。

2.4.1 反应温度对热力燃烧的影响

这里所指的反应温度并不是反应可以进行的温度，而是反应速度可达到要求时的温度。

2.4.2 驻留时间对热力燃烧的影响

任何化学反应(燃烧也是一种化学反应)都要经历一定的时间，可燃组分的销毁也是一样。尽管反应绝不会达到100%的完全程度，但如果反应时间充分，那么不完全反应程度是微不足道的。这个时间是指反应物以某种形式进行混合后在一定温度下所维持的时间。

2.4.3 湍流混合对于热力燃烧的影响

任何一种化学反应，反应能够发生的前提条件是反应的分子间首先要发生碰撞。不能发生碰撞的分子之间自然不会发生反应。湍流混合的目的，实际上就是要增大可燃组分的分子与氧分子或自由基的碰撞机会，使其处于分子接触的水平，以保证所要求的销毁率。否则，即使有足够的反应温度和驻留时间，但由于没有足够的碰撞机会，照样不会达到预期的销毁率。

崔宏波,出生年月:1975年8月16日,性别:女,研究方向:能源与动力工程、燃气,职称:副教授。