희박 연소 가스 엔진의 효율 및 NOx 배출


3

희박 연소 가스 엔진의 효율에 관한 질문이 있습니다. 어쩌면 그것은 "열 효율", "브레이크 평균 압력", "브레이크 열 효율"등의 용어에 관한 혼란 일지 모르지만 보자.

열병합 발전소의 고정식 가스 엔진은 효율을 극대화하고 동시에 NOx 배출을 줄이기 위해 매우 높은 공연비로 가동됩니다. 더 많은 공기가 유입됨에 따라 가스 혼합물의 열용량 비율이 높아 열 효율이 향상됩니다. 동시에 이것은 연소실의 온도를 낮추어 질소의 산화를 감소 시켜서 질소 산화물 배출을 줄입니다.

그러나, 문헌에서, 낮은 NOx 배출과 높은 엔진 효율 사이의 상충 관계가 종종 언급된다.

또한, 연소실의 고온이 효율적인 연소를 나타내는 것으로 가정했는데, 이는 첫 번째 단락에 따르지 않습니다.

필자가 읽은 다른 논문들도 최대 NOx 배출량과 동일한 공연비에서 최대 브레이크 열 효율을 나타내며 첫 번째 단락에 따르지 않습니다.

희박 연소 엔진 메커니즘에 대해 잘 알고있는 사람이 있습니까? 또한 본인의 오해에 대한 자세한 내용을 제공 할 수도 있습니다.

후속 질문 :

다시 한번, 답변 주셔서 감사합니다, 마크. 처음에 나를 혼란스럽게 한 그래프를 포함한 몇 가지 추가 생각이 있습니다. 가장 두드러진 그래프는 "오토 사이클 효율 대 압축비"입니다.

앞서 언급 한 그래프와 관련하여 : 람다가 증가함에 따라 등 엔트로피 지수 감마도 증가하여 더 높은 열 효율이 발생합니다. 이러한 효율 증가는 크랭크 샤프트에서 가용 전력의 증가를 의미합니까? 내 가정은 효율성의 증가는 오토 사이클의 pV 다이어그램에서 가용 작업을 증가 시킨다는 것입니다 (오토 사이클의 다른 단계의 4 개 지점 사이의 영역). 하나의 생각 실험은 람다를 무한대로 증가시키고, 따라서 등방성 지수가 공기의 지수에 접근함에 따라 열 효율을 최대화 할 것이다. 그러나 크랭크 샤프트에 전원이 공급되지 않으므로 지금은 이치에 맞지 않습니다. 또는이 단락 전체를 간단히 요약하면 다음과 같습니다. 열 효율이 증가하면 무엇을 얻을 수 있습니까? 성명서는 어디에 있습니까?

희박 연소 엔진의 효율에 대한 논증은 문헌에서 종종 사용되지만, 가장 낮은 브레이크 특정 연료 소비는 엔진의 화학 양 론적 작동보다 약간 더 높은 람다에서 발생하여 빠르게 상승한다. 감마에 대한 previos 조사는 내가 단순히 "람다를 증가시켜 더 많은 효율을 얻을 수있다"는 가정으로 이어질 수 있기 때문에 이것은 매우 혼란 스럽다. 크랭크 샤프트에서 기계적 동력으로 사용될 수 없을 때 열 효율 증가의 동기는 무엇입니까?

내 질문이 조금 순진 해 보인다고 변명 해주세요.

마지막으로 중요한 질문 : 람다를 조사 할 때 람다가 증가하면 실제 연료의 질량이 줄어드는 것이 맞습니까? 또는 이러한 실험에서 연료 질량이 일반적으로 일정하게 유지되고 더 많은 산소를 추가하여 연소실의 총 가스 질량을 효과적으로 증가시켜 람다가 증가합니까? (긴 의문을 짧게하려면 : 람다를 변경할 때 연소실의 총 질량이 일정하게 유지되거나 연료량을 일정하게 유지하고 람다는 산소를 추가하여 변경됨)

감마 증가로 인한 효율 증가 스파크 점화 엔진 연료 소비, 전력 및 NOx

다른 공연비에서 브레이크 열효율 및 NOx 방출

답변:


1

이것은 훌륭하고 복잡한 질문이며 짧은 대답은 전적으로 용어 혼동과 관련이 있다는 것입니다. 이에 대한 답을 구하기 위해서는 방정식 뒤에 물리학을 설명해야합니다. 많은 단일 실험이 이러한 각 용어에 대해 진행되고 있지만 전체 시스템의 최종 결과는 다른 용어를 육성하기 때문입니다.

연소열로 시작하려면실험실에서 열이 빠져 나오지 못하도록 절연 된 밀폐 된 챔버에 고정 된 양의 연료가있는 실험실에서 측정됩니다. 이 경우, 우리는 반응이 모든 양의 연료에 대해 일정량의 열 (줄 (Joules, 단위 : 1W 전원의 1 초 에너지 량) 단위)을 방출 할 수 있음을 얻습니다. 일반적으로 이는 질량 기준 (J / kg)으로 수행되지만 부피 또는 분자 기준 (J / L 또는 J / mol)과 같은 다른 버전이 사용됩니다. 줄에서 방출되는 열은 에너지의 척도입니다. 얼마나 많은 에너지가 방출되었는지를 결정하기 위해서는 실제로 역 계산을해야합니다. 실험이 화학량 론적 (반응에 필요한 화학적으로 정확한 양-더 이상 적지 않은) 양의 순수한 산소와 연료가 혼합 된 이상적인 세계에서 다음과 같이 계산을 수행합니다.

  1. 반응 전 온도 측정
  2. 반응 후 온도 측정
  3. 반응 생성물 (증기 및 이산화탄소)의 비열에 주목
  4. 이것이 상온에서 수행 된 경우 물의 상 변화를 설명하십시오.

함께, 우리는 온도 상승을 보았고, 이전 실험에서 취한 특성 (특정 양의 전기 열이 가해 졌을 때 일부 물질의 온도가 어떻게 변하는가)을 사용하여 반응 중에 생성 된 에너지의 양을 찾을 수 있습니다. 참고 귀하의 가정 반응을 나타냅니다 높은 온도 상승 완료에 갔다 -이 실험에서 완전히 정확하다. 온도가 낮 으면 불행히도 많은 부반응이 발생하여 연소 불량 (NOx 형성 등)이 발생했습니다. 우리는 가능한 최고 온도 상승을 1의 값이라고 부를 것이며,이 값의 90 %에 이르는 것은 90 % 효율로 간주 될 것입니다. 이것은 연료 효율 로 알려진 열 효율의 한 형태입니다

이 생각 실험에서 온도가 낮아지는 또 다른 방법은 반응에 참여하지 않은 헬륨과 같은 불활성 가스로 가득 찬 경우입니다. 챔버 내의 제한된 양의 연료는 연료 및 산소의 온도를 상승 시키지만, 헬륨을 가열해야 할 것이다. 이러한 온도 상승은 가용 에너지 중 일부를 사용합니다. 연소와 희석을 통해 저온을 유지할 수있는 방법입니다. 하나는 여전히 높은 열 효율을 갖고, 다른 하나는 단순히 더 낮은 온도입니다.

마지막 사고 실험, 만약 우리가 뜨거운 오븐에서 이상적인 엔진 흡입 공기를 가지고 있다면 훨씬 덜 효율적일 것입니다. 엔진을 더 많이 식힐 필요가 있으며 매우 느리게 작동해야합니다. 이것은 부분적으로 부품 과열과 부분적으로 연료 노킹으로 인한 것이지만, 대부분은 뜨거운 공기를 압축하는 것이 훨씬 더 많은 작업을 수행하고 더 차가운 공기를 압축하는 것이기 때문입니다. 결과적으로 엔진의 효율이 훨씬 떨어집니다. 1820 년대 초에 열을 사용할 수있는 가장 많은 에너지가 열역학적 사이클 이라는 것이 입증되었습니다Carnot주기는 가장 효율적이었고 효율은 전적으로 가스를 얼마나 뜨겁게 얻을 수 있는지와 가스가 얼마나 차갑게 시작했는지에 달려있었습니다. 이 카르노 효율은 두 온도 사이에 1을 호출 할 수 있으며,이 전원 추출의 90 % 아무것도 우리가 부를 수있는 열효율의 한 형태가 될 것이다 제동 열효율을 물리학 어떤 엔진보다 더 효율적 수 있기 때문에, 값. 제동 효율 또는 제동력이라고합니다. 제동력 (엔진을 통해 흐르는 화학 에너지의 관점에서)이 아닌 엔진을 정지시키기 위해 브레이크에서 사용하는 동력을 측정하기 때문입니다.

브레이크 열효율은 이러한 맥락에서 열효율과 다르다는 점에 유의하십시오. 연료의 열효율은 연료에서 최종 제품으로 변환 된 연료의 양을 말하지만, 브레이크 열효율은 단순히 가스가 따뜻해지는 정도를 나타냅니다. 연소시 가스가 따뜻해지지 않으면 효율적으로 동력을 추출 할 수 없습니다. 결과적으로 헬륨으로 실험을 진행하면 엔진에 공기가 넘치면 대부분의 공기가 반응하지 않고 헬륨으로 작동합니다. 그러나 과도한 공기는 모든 연료가 연소되도록 보장합니다. 우리는 연료 효율이 뛰어나지 만, Carnot 효율이 높기 때문에 가스가 충분히 따뜻하지 않기 때문에 Carnot 효율이 끔찍합니다. 이 낮은 온도는 NOx의 형성을 막고


철저한 답변에 감사드립니다. 개념을 파악할 수 없을 때 누군가 도움을 청하는 것은 언제나 매우 고무적인 일입니다. 이 텍스트 상자는 500 자로 제한되어 있으므로 초기 질문에 후속 질문을 게시 할 것입니다.
derhendrik
당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.