Poprawa sprawozdania z ćw. 2

1. Podstawy teoretyczne:

Proces spalania dzieli się na dwie fazy odparowania i spalania par, z tego powodu wpływ na szybkość spalania mają czynniki takie jak: parowanie, mieszanie pary z utleniaczem oraz szybkość reakcji paliwa z tlenem. Zależność każdego z tych czynników zależy od rozmiaru geometrycznego scharakteryzowanego liniowym wymiarem l zawartym w 3 przedziałach między 10⁻⁵m a 10⁻²m. W większości przypadków wstępem do spalania paliw ciekłych jest jego rozproszenie zapewniające dużą intensywność parowania, więc mechanizm spalania pojedynczej kropli ma znaczenie, dobre rozpylenie ogranicza emisję spalin oraz CO. Rozpylanie polega na pokonaniu napięcia powierzchniowego cieczy przez siły takie jak naprężenia styczne na powierzchni strugi, siły odśrodkowe ruchu wirowego strugi, zewnętrzne siły mechaniczne. Najbardziej popularne z rozpylaczy przypisanych do tych grup sił są rozpylacze strumieniowe (o działaniu ciągłym lub przerywanym) oraz rozpylacze wirowe. Teoretycznie po spalaniu paliwa produktem takiej reakcji chemicznej powinna być para wodna oraz dwutlenek węgla, w rzeczywistości jednak spaliny emitowane zawierają w sobie również inne składniki takie jak np. tlenek węgla lub azotu. O tyle o ile para wodna jest produktem spalania wodoru, a dwutlenek węgla pełnego spalania węgla tak CO popularnie zwany czadem jest wynikiem niedokończonego procesu spalania węgla. W warunkach rzeczywistych w komorze spalania nigdy nie będzie idealnych warunków do wytworzenia samego tylko dwutlenku węgla, a więc CO jest nieodzownym elementem procesu wytwarzania spalin. Tlenek węgla jest bezwonnym pozbawionym smaku i barwy, przeźroczystym gazem silnie trującym dla ludzi, który może powodować śmierć. Drugą substancją omawianą jest tlenek azotu. Większa ilość tego związku powstaje tylko w bardzo wysokich temperaturach (około 2000°C) w wyniku reakcji azotu z powietrza z tlenem. Wszystkie tlenki azotu powstałe w wyniku spalania i oznaczone jako NOX również są silnie trujące nawet 10-krotnie bardziej szkodliwe dla ludzkiego organizmu niż tlenek węgla.

1. Schemat stanowiska:

1. Tabele pomiarowe:

Tabela 1. Wyniki pomiarów oraz przeliczeń

Lp.	Skład spalin	Ilość sadzy	Temperatura	λ	CO^3%	NO^3%
	O2	CO	NO		Tp	Ts
-	%	ppm	°B	°C	-	ppm
1	4,80	125	65	0	1080	422
2	5,31	42	72	0	1100	470
3	4,66	19	81	0	1133	481
4	3,55	17	83	0	1187	481
5	2,30	26	81	0	1218	481
6	1,95	26	80	3	1221	489
7	1,31	82	69	4	1233	489
8	1,05	3676	24	7	1181	469
9	0,59	2772	36	8	1171	472
10	0,41	7766	16	9	1150	456

4.Przykłady obliczeń:

$$\lambda = \frac{21\%}{21\% - O_{2}} = \frac{21\%}{21\% - 5,31\%} = 1,33$$

λ-współczynnik nadmiaru powietrza

21- zawartość tlenu w powietrzu

$$\text{CO}^{3\%} = CO \bullet \frac{21\% - 3\%}{21\% - O_{2}} = 19ppm \bullet \frac{21\% - 3\%}{21\% - 4,66\%} = 20ppm$$

CO^3%-przeliczona dla zachowania norm zawartość CO w spalinach (ppm)

$$\text{NO}^{3\%} = NO \bullet \frac{21\% - 3\%}{21\% - O_{2}} = 16ppm \bullet \frac{21\% - 3\%}{21\% - 0,41\%} = 13ppm$$

NO^3%- przeliczona dla zachowania norm zawartość NO w spalinach (ppm)

5.Wykresy:

Wykres 1. Zależność temperatur płomienia i spalin od współczynnika nadmiaru powietrza

Wykres 2. Zależność rzeczywistych ilość CO i NO od lambdy

Wykres 3. Zależność ilości spalin od współczynnika nadmiaru powietrza

Wnioski:

Podczas wykonywania ćwiczenia analizowane były spaliny powstałe w wyniku spalania oleju . Pierwszy pomiar został uznany za niezbyt poprawny, ponieważ został zapisany zbyt wcześnie, praktycznie w momencie zapłonu oraz pomiar zawartości procentowej tlenu nie współgra z pozostałymi pomiarami dlatego w dalszej analizie został zaznaczony na czerwono i jest pomijany. Podczas pomiarów zauważono, że wraz ze spadkiem procentowej ilości tlenu malał również współczynnik nadmiaru powietrza λ. Na wykresach widać, że wraz ze zmniejszaniem się współczynnika wzrastała zawartość danego składnika w czasie.(widoczne na wykresie 3 na skali Bacharacha) oraz ilość wydzielanego tlenku węgla, odwrotna sytuacja miała się z tlenkiem azotu. W doświadczeniu mieliśmy do czynienia z mieszanką ubogą (λ>1) w tej mieszance ilość tlenu jest większa niż ilość potrzebna do spalenia całej ilości węgla poza strefami w komorze, w których mieszanka jest palna i określona jako bogata. Z tego powodu w spalinach mieszanki ubogiej również znajduje się tlenek węgla co więcej im mieszanka jest uboższa tym mniej jest w niej czadu. Drugą substancją omawianą jest tlenek azotu. Większa ilość tego związku powstaje tylko w bardzo wysokich temperaturach (około 2000°C) w wyniku reakcji azotu z powietrza z tlenek dlatego w temperaturach doświadczenia ilość wydzielanego tlenku jest bardzo mała.