§ 2.3. Горючая смесь

Количество воздуха l₀ в горючей смеси, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, называют стехиометрическим. Величина l₀ [кг/кг топлива] может быть рассчитана по уравнению

(2.1)

где H, С и О—содержание в топливе в % (мас.) водорода, углерода и кислорода соответственно.

Из этого уравнения следует, что величина l₀ зависит от элементного (чем больше доля водорода, тем больше l₀) и от группового состава топлива. Потому значения l₀ для топлив, имеющих различный состав, могут отличаться друг от друга. Значения l₀ для некоторых топлив даны в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Топливо	Низшая теплота сгорания, кДж/кг		Стехиометрическое количество воздуха l0, кг/кг топлива
	топлива	горючей смеси
Авиабензин	44400	2800	14,9
Автобензин	44400	2780	14,8
Дизельное топливо	42700	2770	15,0
Этиловый спирт (этанол)	26400	2760	9,0
Метиловый спирт (метанол)	19000	2760	6,5
Бензол	40000	2770	13,3
Метан	50000		17,23
Бутан	45400	2735	15,6
Пропан	46000	2790	15,7
Водород	120000	2880	27,7

Количество действительно потребляемого воздуха l может отличаться от стехиометрического. Отношение действительного количества воздуха к стехиометрическому называют коэффициентом избытка воздуха а

а = l/lо. (2.2)

Горючую смесь, имеющую а < 1, называют богатой; смесь, имеющую а > 1,— бедной. Соответственно при уменьшении происходит обогащение, а при увеличении а — обеднение смеси.

От величины а зависят скорость сгорания рабочей смеси и количество выделяющейся при этом теплоты. Из рис. 2.5 следует, что при значительном увеличении или уменьшении а скорость сгорания снижается, что в предельном случае может привести к прекращению горения смеси. Минимальную и максимальную концентрации топлива в смеси, при которых она может воспламеняться, называют концентрационными пределами воспламеняемости горючих смесей. Различают нижний и верхний концентрационные пределы, соответствующие предельным значениям обеднения и обогащения смеси, за которыми смесь не воспламеняется. Пределы воспламеняемости смеси зависят от вида топлива, состава и физических параметров смеси (температуры и давления) и характеристик источника воспламенения. Разность между нижним и верхним пределами воспламеняемости называют диапазоном воспламеняемости.

Наиболее широким диапазоном воспламеняемости обладает водород, что видно из приведенных ниже данных.

Таблица 2.2

Топливо	Пределы воспламеняе­мости горючей смеси по a при р=0,1 МПа, Т=+20 С
	нижний	верхний
Авиабензин	1,13	0,675
Автобензин	1,10	0,650
Дизельное топливо	1,05	0,82
Бензол	1.11	0,798
Оксид углерода	1,95	0,57
Водород	8,7	0,32

Это, в частности, позволяет на двигателях, использующих водород в качестве топлива, применять качественный способ регулирования.

При увеличении температуры и давления горючей смеси диапазон воспламеняемости расширяется. Для устойчивой работы двигателя на различных режимах используемые топлива должны иметь возможно более широкий диапазон воспламеняемости. Особенно важно увеличить нижний предел воспламеняемости, определяющий возможность обеднения горючей смеси, а, следовательно, увеличения полноты сгорания и соответственно снижения расхода топлива и токсичности отработавших газов двигателя.