Богатая смесь — понятие в теории горения¶
Богатая смесь — это топливовоздушная смесь, в которой содержание топлива превышает стехиометрическое (теоретически необходимое для полного сгорания), то есть коэффициент избытка воздуха α в ней меньше единицы. Такие смеси характеризуются дефицитом окислителя и избытком горючего компонента.
¶Классификация топливовоздушных смесей
По соотношению компонентов топливовоздушные смеси делятся на три группы:
| Тип смеси | Коэффициент α | Характеристика |
|---|---|---|
| Бедная | α > 1 | Избыток воздуха, дефицит топлива |
| Стехиометрическая | α = 1 | Точное соотношение компонентов для полного сгорания |
| Богатая | α < 1 | Избыток топлива, дефицит воздуха |
Коэффициент избытка воздуха α определяется как отношение фактического количества воздуха, подаваемого в зону горения, к теоретически необходимому для полного сгорания данного количества топлива.
¶Состав и свойства
В богатой смеси, помимо паров топлива и кислорода, присутствует значительное количество непрореагировавших углеводородов, угарного газа (CO) и водорода. При сгорании такой смеси кислорода недостаточно для полного окисления углерода до углекислого газа, поэтому продукты сгорания содержат повышенное количество CO и несгоревших углеводородов.
Температура пламени богатой смеси, как правило, ниже, чем у стехиометрической, однако выше, чем у бедной. При этом скорость распространения пламени в богатой смеси также несколько снижена по сравнению со стехиометрической.
¶Применение
¶Двигатели внутреннего сгорания
В бензиновых двигателях внутреннего сгорания богатая смесь традиционно используется:
- при холодном пуске двигателя — для облегчения запуска и стабильной работы на холостом ходу;
- при разгоне и полной нагрузке — для предотвращения детонации и перегрева;
- в турбонаддувных двигателях — для охлаждения цилиндров и защиты от перегрева.
В дизельных двигателях богатая смесь возникает локально в зоне факела, где концентрация топлива максимальна.
¶Газотурбинные двигатели
В авиационных газотурбинных двигателях богатая смесь применяется для увеличения тяги на взлётном режиме. Избыточное топливо, не успевающее сгореть в камере сгорания, догорает в реактивном сопле, увеличивая тягу.
¶Ракетные двигатели
В ракетных двигателях богатая смесь используется для снижения температуры газов и защиты стенок камеры сгорания от перегрева. Это особенно важно для двигателей на жидком топливе, где стенки камеры охлаждаются самим топливом.
¶Недостатки
Основными недостатками богатой смеси являются:
- повышенный расход топлива;
- увеличение выбросов несгоревших углеводородов и угарного газа;
- снижение коэффициента полезного действия двигателя;
- образование нагара на деталях двигателя.
¶Интересные факты
- В старых карбюраторных двигателях богатая смесь использовалась как «аварийный» режим — при неисправности системы питания двигатель мог работать на богатой смеси, хотя и с повышенным расходом топлива.
- В гоночных двигателях богатая смесь применяется для увеличения мощности, так как избыточное топливо при испарении охлаждает заряд, что позволяет увеличить степень сжатия.
¶Источники
- Хлопков В. П. «Теория поршневых и газотурбинных двигателей»
- Клещев Л. Н. «Топливо и горение»
- ГБУЗ «Теплотехника» — учебные материалы по теории горения