Задача 1.

Определить низшую теплоту сгорания рабочего топлива Qн, если известна его высшая теплота сгорания Qв и содержание в нем водорода Hp и Wp (табл. 1). Как производится определение теплоты сгорания топлива опытным путем? Какое количество водных паров выделится при сгорании одного кг топлива?

Таблица 1

Вариант	Высшая удельная теплота сгорания топлива, Qв, кДж/кг	Содержание водорода в топливе, Нр, %	Содержание воды в топливе WР,%
5	38000	14.60	1.20

Решение.

Тепловая ценность топлива оценивается теплотой его сгорания,

которая может быть высшей (Qв) или низшей (Qн). Удельной теплотой

сгорания твердого и жидкого топлива называют теплоту, выделяемую при

полном сгорании одного кг массы топлива. Вычисляют теплоту сгорания

(кДж/кг) обычно по формуле Д.И. Менделеева:

-низшую; Qн = Qв - 25 (9Н + W),

Где: 9Н — количество водяного пара, образовавшегося при сгорании 1 кг

топлива; Н — массовая доля водорода в 1кг топлива; W- количество влаги,

содержащейся в 1 кг топлива.

Qн=38000 - 25 (9*14,60 + 1,20) = 34685 кДж/кг

Количество водяного пара на 1кг топлива равен 9Н= 9*14,60 = 131,4 м3.

Теплота сгорания топлива опытным путем определяется использованием калориметрической установки. Сущность метода заключается в сжигании навески испытуемого жидкого топлива в калориметрической бомбе (при постоянном объеме) в среде сжатого кислорода и определении количества теплоты, выделившейся при сгорании.

Калориметрическая бомба, изготовленная из нержавеющей стали,

представляет собой толстостенный цилиндрический сосуд, закрытый

крышкой. Она крепится к корпусу накидной гайкой. В ее каналы для

впуска и выпуска газов ввернуты штуцера с колпачками. Трубка

предназначена для заполнения бомбы кислородом, одновременно она

служит электродом. Выпускной штуцер снабжен игольчатым вентилем. В

крышку ввернут токоведущий стержень с кольцом для удержания чашки.

Бомба самоуплотняется давлением наполняющего ее газа; при гидравлическом испытании она должна выдерживать давление 10 МПа.

Бомбу помещают в калориметр, который состоит из калориметрического сосуда и термостатирующей оболочки.

Калориметрический сосуд цилиндрической формы выполнен из тонкого

тщательно отполированного металлического листа. Оболочка представляет

собой двухстенный металлический кожух, защищающий калориметрический сосуд от воздушных потоков и колебаний температуры окружающей среды.

В чашечку наливают 0,5...0,6 г испытуемого нефтепродукта. Между

электродами и прикрепляют запальную проволоку (железную, никелиновую,

константановую или медную) диаметром 0,1...0,2 мм. Ее изгибают в виде

петли, в которую укрепляют полоску запальной пленки. В бомбу наливают 1 мл дистиллированной воды.

Между бомбой и кислородным баллоном включают редуктор с

манометром и наполняют калориметрическую бомбу до требуемого давле-

ния (2,9 МПа для жидкого топлива).

Бомбу устанавливают на дно калориметрического сосуда, который

заливают дистиллированной водой до полного погружения бомбы.

Колпачки должны выступать над водой. Температуру воды в калориметре

замеряют специальным термометром с ценой деления 0,01 °С. Мешалка,

приводимая в действие с помощью электромотора, быстро и полностью

перемешивает воду в сосуде.

Испытание разделяется на три периода: начальный, который

предшествует сжиганию топлива и служит для учета теплообмена калори-

метрической системы с окружающей средой в условиях начальной

температуры испытания;

-главный, в котором происходит сгорание топлива, передача выделившейся теплоты калориметрической системе и выравнивание температуры всех ее частей;

-конечный, который служит для учета теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях конечной температуры испытания.

Температуру во время испытаний по термометру отсчитывают к

целых и дольных частях деления шкалы. В начальном периоде после

нулевого отсчета температуры делают пять отсчетов по шкале термометра с

интервалом в 1 мин. При отсчете температур используют секундомер. При

последнем отсчете замыкают цепь электрического тока, подсоединенную

к клеммам бомбы. Происходит запал топлива. После этого начинается

главный период, в котором отсчеты температуры проводят через каждые

0,5 мин. Интервал между последним отсчетом в начальном периоде и

первым отсчетом в главном периоде является первым интервалом

главного периода. Главный период закапчивается с наступлением рав-

номерного изменения температуры воды в калориметрическом сосуде.

Интервал с равномерным изменением температуры относят к конечному

периоду. За последним отсчетом главного периода следует первый

полуминутный интервал конечного периода. Всего в конечном периоде

проводят десять отсчетов температуры через каждые 0,5 мин.

Удельная теплота сгорания в бомбе находится по формуле:

_{C(t2-t1+∆t)-(gm1+Qпл m2)}

Q_{б = ───────────────────────}

m

где С - теплостойкость калориметрической системы, кДж/с;

t_1, t₂- соответственно начальная и конечная температура воды;

∆t - поправка к показаниям термометра, учитывающая теплообмен

калориметра с окружающей средой;

q - удельная теплота сгорания запальной проволоки, кДж/кг;

m₁ - масса проволоки для запала, кг;

m - масса навески (нефтепродукт), кг;

m₂ - масса пленки, кг;

Q_пл - удельная теплота сгорания пленки.

Схема калометрической бомбы

1 - стальной стакан,

2 - накидная гайка,

3 - прокладка,

4 - нажимная шайба,

5 - крышка,

6 - выходной вентиль

и электрическая клемма корпуса.

7 - входной клапан и электрическая

клемма изолированного токоввода,

8 - таблетка для сжигания,

9 – проволока,

10 - чашка,

11 - трубка.

Задача 2.

Даны результаты определения октанового числа и фракционного состава автомобильного бензина летнего вида (табл.2). Оценить детонационную стойкость бензина и его пусковые свойства, приемистость и склонность к нагарообразованию. В каких автомобилях применяется бензин марок «Нормаль–80 », «Регуляр –91», «Премиум–95», «Супер–98»? Какой бензин имеет улучшенные экологические показатели?

Таблица 2

Вариант	Марка автомобильного бензина	Октановое число	Температура перегонки 10% бензина, °С	Температура перегонки 50% бензина ,°С	Температура перегонки 90% бензина, °С
5	АИ-91	92	70	115	179

Решение.

Одним из главных требований, предъявляемых к бензину является его

детонационная стойкость. Скорость распространения фронта пламени при

нормальном горении топлива составляет 25 - 35 м/с. При определенных

условиях сгорание может перейти во взрывное, при котором фронт пламени

распространяется со скоростью 1500 - 2500 м/с. При этом образуются

детонационные волны, которые многократно отражаются от стенок цилиндра.

При детонации появляются резкие звонкие металлические стуки в двигателе, тряска двигателя, периодически наблюдается черный дым и желтое пламя в выпускных газах. Мощность двигателя падает, перегреваются его детали. В результате перегрева происходит повышенный износ деталей, появляются трещины, имеет место прогорание поршней и клапанов.

Детонационная стойкость бензина оценивается условной единицей,

называемой октановым числом, которое определяют двумя методами:

моторным и исследовательским.

Так как октановое число бензина 92 - детонационная стойкость хорошая.Температура перегонки 10% бензина характеризуют пусковые свойства топлива. Чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше пуск двигателя. Для бензина АИ-91 летних сортов необходимо, чтобы 10% топлива выкипало при температуре не выше 75° С. По условию задачи температура перегонки 10% равно 70°С. Пусковые качества топлива отличные, пусковых изнашиваний деталей не будет, а также не будет смываться масло с поверхности цилиндров.

Температура перегонки 50% бензина характеризует скорость прогрева

и приемистость двигателя. Температура перегонки 50% летнего бензина

марки АИ-91 должна быть не более 120° С. По условию задачи температура

115°С. Бензин с такой температурой перегонки будет быстрее испаряться во

впускном трубопроводе, наполнение цилиндра горючей смесью улучшится,

мощность двигателя увеличится.

Температура перегонки 90% бензина и конца его кипения

характеризует полноту его испарения. Температура перегонки 90% летнего

бензина марки АИ-91 должна быть не более 190° С. По условию задания

температура 179°С. Следовательно, будет нормальная испаряемость

топлива, низкий износ двигателя, т.к. не будет смываться смазочное масло и

на деталях не образуется отложений.

В целях повышения качества бензина до уровня европейских стандартов разработан ГОСТ Р 51105-97, которым предусмотрен выпуск

неэтилированного бензина следующих марок: «Нормаль-80», «Регуляр-91»,

«Премиум-95» и «Супер-98». Октановые числа у них определены по

исследовательскому методу. У этих марок снижены массовая доля серы до

0,05 % и объемная масса бензола до 5 %. Бензин "Нормаль-80" предназначен

для использования на грузовых автомобилях наряду с бензином А-76.

Неэтилированный бензин "Регуляр-91" предназначен для эксплуатации

автомобилей взамен этилированного А-93. Автомобильные бензины

"Премиум-95" и "Супер-98" полностью отвечают европейским требованиям,

конкурентоспособны на нефтяном рынке и предназначены в основном для

зарубежных автомобилей, ввозимых в Россию.