油品燃燒性能之噴氣燃料的燃燒性能的測定
來源:北京億百萬電子有限公司
2013年10月24日 09:17
一、噴氣式發(fā)動機和噴氣燃料
噴氣式發(fā)動機是和汽油機、柴油機*不同的一類發(fā)動機,這種發(fā)動機沒有汽缸,燃料連續(xù)噴人燃燒室燃燒作功,不像柴油機和汽油機只是在第三行程才燃燒作功,故只需在啟動時用電火花塞點火即可。這類發(fā)動機質量輕、功率大,能達到很高速度,廣泛用于航空方面。噴氣式發(fā)動機工作原理的特殊性決定了其所用燃料質量要求方面的特殊性。
噴氣式發(fā)動機對燃料的要求非常嚴格。為了保證發(fā)動機的正常工作,要求噴氣燃料具有良好的燃燒性能,即在任何情況下能連續(xù)、平穩(wěn)、迅速和*燃燒。因此,要求噴氣燃料熱位高、燃燒速度快、能充分燃燒、不生成積炭和腐蝕性產物等。同時,噴氣燃料還起到冷卻航空液壓油、航空潤滑油和噴嘴及潤滑柱塞式高壓泵的作用。為了保證燃料系統(tǒng)在高空條件下可靠的運行,還要求噴氣燃料具有良好的低溫性能、良好的熱安定性、良好的潤滑性、極低的腐蝕性等。所以,在噴氣燃料的產品規(guī)格中規(guī)定有熱值、煙點、萘系烴含量、冰點、熱氧化安定性、磨痕直徑、總酸值、硫醇硫等燃燒性能及使用性能的質指標。
二、熱值的測定
噴氣式發(fā)動機所用的航空煤油要求具有較高的質量熱值和體積熱值。質量熱值即單位質量的燃料*燃燒時所放出的熱量.單位kJ/kg,質址熱值越大,可以節(jié)省出較多的載重能力以裝載物資。體積熱值即單位體積的燃料*燃燒時所放出的熱量,單位:kJ/L。體積熱值越大,飛機油箱中的熱能儲量越大,同樣體積的油箱里,可以多裝油而使飛行的時問和距離更長。熱值又有總熱值(高熱值)和凈熱值(低熱值)之分。燃料在燃燒時,原來燃料中所含的微量水及燃燒所生成的水都存在于燃燒后的氣體中,如果這些水按液態(tài)計算,燃燒所放出的熱量(熱值)就大,稱總熱值或高熱值;如按水汽計算,熱值就小,稱凈熱值或低熱值。兩者相差水的汽化熱。由于燃燒廢氣的溫度都較高,水都以氣態(tài)排出,水蒸氣的冷凝熱根本不可能利用,故只有凈熱值才有實際意義。因此,在航空煤油產品規(guī)格中均采用凈熱值。
熱值和燃料的化學組成有關。在各族烴中,烷烴分子的氫碳比((H/C)高,芳烴低。由于氫的熱值遠比碳高,對碳原子數相同的烴類來說,其質量熱值順序為:烷烴>環(huán)烷烴,烯烴>芳烴。但對體積熱值來說,其順序正好相反:芳烴>環(huán)烷烴,烯烴>烷烴。這主要是由于芳烴的密度較大,而正構烷烴的密度小的緣故。正構烷烴和異構烷烴相比,后者的密度要高于前者。對于同一烴屬來說,油料相對分子質量增大、密度增大,質量熱值變小,而
體積熱值變大。對于航空煤油,雖然正構烷烴質量熱值高,但由于體積熱值小,低溫性能差,故不理想;芳烴雖然體積熱值高,但質量熱值低且燃燒不*易生成積炭,所以更不理想。因此,骯空煤油的產品規(guī)格中限定芳烴含量不大于20%;烯烴雖然燃燒性較好,但安定性差,易生成膠質,故也限制其含量不大于5%。環(huán)烷烴和異構烷烴兼具各烴類的長處,是理想的航煤組分。為了使噴氣燃料兼有較高的質量熱值和體積熱值,應使其含有較多的環(huán)烷烴和異構烷烴。因此,航煤的餾分組成應介于汽油和輕柴油之間為宜,通常為130-240℃的窄餾分。
熱值的測定方法采用GB/T384石油產品熱值側定法。該方法適用于以量熱計氧彈測定不含水的石油產品(汽油、噴氣燃料、柴油和重油等)的總熱值及凈熱值。
絕大部分石油產品都是作為燃料使用的,尤其是內燃機(如汽油機、柴油機及噴氣機),都是以液體石油產品(汽油、柴油及航空煤油)為動力來運轉的。因此,油品的燃燒性能是評價此種燃料的重要指標之一。
油品的燃燒性能就是指作為燃料的油品是否具有較高的熱值,以及在內燃機工況下能否充分燃燒,提供更多的有效功率。燃料能否充分燃燒和許多因素有關(如內燃機的結構、工作狀況、空燃比、油品的物理性質和化學組成等)。
1.方法概要
將試樣裝在氧彈內的小皿中,用易燃而不透氣的膠片封閉起來,或把試樣封閉在聚乙烯管制成的安瓶中,使試樣在壓縮氧氣中燃燒,以測定其燃燒時所發(fā)生的熱值(彈熱值),作為總熱值與凈熱值的測定基礎。
2.彈熱值的測定
在氧彈式量熱計中進行測定的熱值稱為彈熱值,其單位為KJ/kg,以符號Q表示。測定時先稱取定量試油,放于小器皿中,用膠片密封后置于充有壓縮氧氣的密閉氧彈中,然后用電火花點燃試油,待其*燃燒所放出的熱量傳遞于量熱計周圍的水中,測量水在試油燃燒前后的溫度,根據水的質量和比熱容即可計算試油的熱值。
3.總熱值Q的計算
先從氧彈洗滌液中測定硫含量(此硫在氧彈中由二氧化硫轉變?yōu)榱蛩幔沽蛩岣x子變成*沉淀析出,由側定*的質盤算出硫含量。然后,從試樣的彈熱值中減去酸的生成熱和溶解熱,即為總熱值。
4.凈熱值Q的計算
用總熱值減去水的汽化熱即為凈熱值。
由于凈熱值測定步驟繁瑣,測定時問長,且對周圍環(huán)境要求嚴格。除非是特別要求或是仲裁測定,一般情況下均按GB/T2429航空燃料凈熱值計算法規(guī)定的經驗公式計算凈熱值。
GB/T2429方法首先要測定試樣20℃密度,讀準至0.0002g/cm3。由所得20℃密度查表(20℃密度和API度(60°F)換算表),查得API度(60°F),取準至0.1。再測定試樣的苯胺點,讀準至0.1℃,換算成華氏苯胺點(°F),1°F=1.8C+32(C為攝氏苯胺點),取準至0.1℃,測定試樣的硫含量,取準至0.02%(m/m)。計算苯胺重度積:苯胺重度積=華氏苯胺點xAPI度,苯胺重度積取整數。然后選用公式計算航煤凈熱值;或用苯胺重度積和硫含量查表,用內差法查得航煤凈熱值。
例如:3號噴氣燃料(RP-3)無硫試樣的凈熱值Q=41.6796+0.00025407(AxG),A為華氏苯胺點,°F;G為API度(60°F)。
含硫試樣的凈熱值Qt=Qp(1-0.01xS)+0.1016S,其中S為試樣的硫含量,%(質量);0.1016是硫化物的熱化學常數。