Приложение А (рекомендуемое). Методы расчета расхода отработавших газов

Приложение А
(рекомендуемое)

Методы расчета расхода отработавших газов

А.1 В настоящем приложении приведены методы расчета расхода отработавших газов и/или расхода воздуха двигателем. Методы основаны на измерениях состава отработавших газов и расхода топлива. Приложение включает два метода для расчета массового расхода отработавших газов. Первый метод (углеродный баланс) применяют при использовании жидких углеводородных топлив, содержащих кислород и азот, в сумме не превышающих 1% по массе. Второй метод универсальный (углеродокислородный баланс) применяют при использовании жидких и газообразных топлив с содержанием Н, С, S, О, N в любых соотношениях.

В таблице А.1 приведены обозначения величин, используемые в формулах для расчетов, их наименования и единицы величин.

Таблица А.1

Обозначение	Наименование параметра	Единица величины
	Содержание водорода в топливе Н	% (по массе)
AWC	Атомная масса С	а.е.м.
AWH	Атомная масса Н	То же
AWN	Атомная масса N	"
AWO	Атомная масса О	"
AWS	Атомная масса S	"
	Содержание углерода в топливе С	% (по массе)
	Концентрация в "сухих" газах	% (по объему)
	То же во "влажных" газах	То же
COD	Концентрация СО в "сухих" газах
COW	То же во "влажных" газах	То же
CW	Концентрация сажи во "влажных" газах
	Содержание азота в топливе N	% (по массе)
EAFCDO	Коэффициент избытка воздуха при полном сгорании топлива	кг/кг
EAFEXH	Коэффициент избытка воздуха при неполном сгорании топлива	То же
EPS	Содержание кислорода в топливе О	% (по массе)
ETA	Содержание азота во "влажном" воздухе для сгорания N	То же
EXHCPN	Отношение объемов отработавших газов и углеродосодержащих компонентов
EXHDENS	Плотность "влажных" отработавших газов
	Коэффициент состава топлива для расчета углеродного баланса
	Коэффициент состава топлива для расчета расхода "сухих" отработавших газов	То же
	То же для "влажных" отработавших газов	"
	Коэффициент состава топлива для пересчета концентраций при переходе отработавших газов из "сухого" во "влажное" состояние	"
	Массовый расход "сухого" воздуха для сгорания	кг/ч
	То же для "влажного" воздуха	То же
	Содержание серы в топливе S	% (по массе)
	Массовый выброс СО	г/ч
	Массовый выброс С (сажа)	То же
	Массовый выброс	"
	Массовый выброс СН	"
	Массовый выброс	"
	Массовый выброс	"
	Массовый выброс NO	"
	Массовый выброс	"
	Массовый выброс	"
	Массовый выброс	"
	Массовый расход "сухих" ОГ	кг/ч
	То же, "влажных" ОГ	То же
gexhw	То же, рассчитанный методом углеродного баланса	"
	Массовый расход топлива	"
HTCRAT	Соотношение водорода и углерода в топливе	моль/моль
HCD	Концентрация углеводородов СН в "сухих" газах
HCW	То же, во "влажных" газах	То же
MV	Молекулярный объем индивидуального газа, приведенный к нормальным атмосферным условиям*
MW	Молекулярная масса индивидуального газа	г/моль
	Концентрация во "влажных" газах
NOW	Концентрация NO во "влажных" газах	То же
NUE	Содержание воды в воздухе для сгорания	% (по массе)
	Концентрация в "сухих" газах	% (по объему)
	То же, во "влажных" газах	То же
STOIAR	Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива	кг/кг
TAU	Содержание в воздухе для сгорания	% (по массе)
TAU1	Содержание в воздухе, оставшееся после сгорания	То же
TAU 2	Содержание , вступившего в реакции сгорания из топлива	"
	Объемный выброс СО, приведенный к нормальным атмосферным условиям *
	Объемный выброс , приведенный к нормальным атмосферным условиям *	То же
	Объемный выброс , приведенный к нормальным атмосферным условиям *	"
	Объемный выброс СН, приведенный к нормальным атмосферным условиям*	"
	Объемный выброс , приведенный к нормальным атмосферным условиям *	"
	Объемный выброс NO, приведенный к нормальным атмосферным условиям *
	Объемный выброс , приведенный к нормальным атмосферным условиям *	То же
	Объемный выброс , приведенный к нормальным атмосферным условиям *	"
	Объемный выброс , приведенный к нормальным атмосферным условиям *	"
* Нормальные атмосферные условия = 101,3 кПа, = 273 К

А.2 Метод углеродного баланса

А.2.1 Метод включает шесть этапов расчета расхода отработавших газов по измеренным концентрациям углеродосодержащих компонентов с учетом состава топлива.

А.2.2 Первый этап. Расчет необходимого количества воздуха для сгорания стехиометрической смеси

Процесс полного сгорания:

; (А.1)

; (А.2)

; (А.3)

. (A.4)

A.2.3 Второй этап. Расчет коэффициента избытка воздуха при условии полного сгорания топлива по концентрации

. (A5)

A.2.4 Третий этап. Расчет отношения "водород/углерод"

. (A.6)

А.2.5 Четвертый этап. Расчет коэффициента состава топлива для пересчета состава отработавших газов при их переходе из "влажного" состояния в "сухое"

А.2.5.1 Пересчет концентрации компонентов с "сухой" основы на "влажную" по формуле:

; (А.7)

. (А.8)

Полный объем "влажных" ОГ = азот в воздухе для сгорания + избыточный кислород + аргон в воздухе для сгорания + вода в воздухе для сгорания + вода процесса сгорания + процесса сгорания + процесса сгорания. (А.9)

, (A.10)

где ;

;

.

A.2.5.2 Формула для расчета коэффициента состава топлива после преобразований

, (A.11)

и, следовательно,

. (A.12)

A.2.6 Пятый этап. Расчет коэффициента избытка воздуха

А.2.6.1 Расчет коэффициента избытка воздуха, lv, при полном сгорании топлива производится по формуле

; (А.13)

; (А.14)

; (A.15)

; (A.16)

; (A.17)

. (A.18)

A.2.6.2 Расчет коэффициента избытка воздуха при неполном сгорании топлива

. (А.19)

. (А.20)

А.2.7 Шестой этап. Расчет массового расхода отработавших газов

Расход отработавших газов = расход топлива + расход воздуха на сгорание. (А.21)

. (А.22)

(А.23)

. (А.24)

А.3 Метод универсальный углеродокислородного баланса

А.3.1 Расчет массового расхода отработавших газов на основе углеродного баланса:

. (A.25)

А.3.1.1 Условие полного сгорания:

. (A.26)

A.3.2 Расчет массового расхода отработавших газов на основе кислородного баланса:

, (A.27)

где

, (A.28)

. (A.29)

A.3.2.1 Условие полного сгорания:

(A.30)

A.3.3 Вывод кислородного баланса с учетом неполного сгорания

А.3.3.1 Кислород на входе, г/ч:

. (А.31)

А.3.3.2 Кислород на выходе, (г/ч):

. (A.32)

Формула (A.32) основана на следующих расчетах.

Для расчета выбросов отдельных компонентов, г/ч, принимают "влажное" состояние отработавших газов:

; (А.33)

; (А.34)

; (А.35)

; (А.36)

; (А.37)

; (A.38)

; (A.39)

; (A.40)

. (A.41)

А.3.3.3 Кислород на входе, (г/ч), (А.31):

. (A.42)

EXHDENS рассчитывают по формуле (A.66).

A.3.3.4 Формула (A.42): в первых скобках - Factor 1, во вторых - Factor 2 [см. также формулы (А.28) и (А.29)], где

. (А.43)

А.3.3.5 Массовый расход потребляемого воздуха и отработавших газов рассчитывают по следующим формулам:

, (A.44)

и, следовательно,

. (A.45)

A.3.4 Вывод углеродного баланса с учетом неполного сгорания

А.3.4.1 Углерод на входе, г/ч:

. (А.46)

А.3.4.2 Углерод на выходе, г/ч:

. (А.47)

А.3.4.3 Формула (А.47) основана на следующих расчетах.

Для расчета выбросов отдельных компонентов принимается "влажное" состояние отработавших газов:

; (A.48)

; (A.49)

; (A.50)

. (A.51)

A.3.4.4 Условие баланса

По условиям баланса углерод на входе равен углероду на выходе:

. (А.52)

А.3.4.5 Расчет массового расхода отработавших газов на основе углеродного баланса:

. (A.53)

A.3.5 Расчет объемных расходов компонентов отработавших газов и их плотности с учетом неполноты сгорания:

; (А.54)

; (A.55)

; (A.56)

; (A.57)

; (A.58)

, (A.59)

где: - концентрация в воздухе для сгорания, % (по объему).

; (A.60)

; (A.61)

; (A.62)

; (A.63)

; (A.64)

; (A.65)

; (A.66)

. (A.67)

A.3.6 Расчет коэффициентов состава топлива и при определении расхода отработавших газов:

; (А.68)

. (A.69)

А.3.6.1 Формулы для расчета расхода отработавших газов во "влажном" и "сухом" состоянии:

; (A.70)

. (A.71)

A.3.6.2 Расчет коэффициента состава топлива для отработавших газов во "влажном" состоянии:

. (A.72)

После преобразований получаем численный вид формулы (А.72) для "влажных" отработавших газов:

. (A.73)

A.3.6.3 Расчет коэффициента состава топлива для отработавших газов в "сухом" состоянии:

. (A.74)

После преобразований получаем численный вид формулы (А.74) для "сухих" отработавших газов:

. (A.75)