氣體燃料——氫氣

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二、氫氣的物化特性

氫氣的分子組成為H₂，表2-1列出了氫氣的主要物化特性。

表2-1 H₂的主要物化特性

特性參數		數值	特性參數	數值
質量熱值	/(MJ·kg^-1)	高? 141.8	最大火焰速度時當量比	1.7
質量熱值	/(MJ·kg^-1)	低? 120.1	理論燃空比/(kg·kg^-1)	0.02915
摩爾熱值	/(MJ·kmol^-1)	高? 285.8	理論空燃比/(kg·kg^-1)	34.38
摩爾熱值	/(MJ·kmol^-1)	低? 242.1	空氣中燃燒界限/%	4.1～75
標態體積熱值	/(MJ·m^-3)	高? 12.74	極限過量空氣系數	O.15～7.O
標態體積熱值	/(MJ·m^-3)	低? 10.80	著火溫度/℃	571
與空氣理論混合氣熱值/(MJ·m^-3)		3.186	與空氣燃燒理論體積百分比[F/(A+F)]%	29.5
理論混合氣點火能量/J		3.18×10^-5	與空氣燃燒理論體積百分比[F/(A+F)]%	29.5
最小點火能量/J		1.34×10^-5	氣態密度/(kg·m^-3)	0.08987
空氣中最大火焰速度/(cm·s^-1)		291	氣態粘度/(MPa·S)	0.0202
最大火焰速度時溫度/K		2380	氣化熱/(kJ·kmol^-1)	90.4

三、氫氣的燃料特點

??? 氫氣可以單獨作為內燃機的燃料，也可以與汽油作為混合燃料。氫氣在后一情況下不僅自身參與燃燒而成為火花點火式發動機的一部分(一般摻燒量不大)，而且可改善汽油的燃燒。氫氣作為內燃機燃料有下列特點：

??? (1) 盡管質量低熱值高(表2-1)，是汽油低熱值的2.73倍。，但由于氫的相對分子質量小(1.016)，質量輕，以致其標態體積熱值只有10.80MJ/m³，與弛放氣的體積熱值相近(10.95MJ/m³)。氫氣與空氣的理論混合氣標態熱值也只有3.186MJ/m³，與沼氣相近(3.230MJ/m³)，比汽油低約15%。

??? (2) 著火界限很寬?在空氣中燃燒的著火界限為4.1%～75%，比汽油和柴油的著火界限大很多。這就是說可以稀薄燃燒。這對于降低發動機的部分負荷時的能耗率有重要意義。

? ??(3) 有很高的火焰傳播速度?其火焰傳播速度高達2.91m/s，是汽油的7.72倍，比乙炔還高87%。這就說明氫氣在汽油機中燃燒時抗爆性比汽油好。表2-2列出了一些燃料最大火焰傳播速度的比較。

??? (4) 點火能量較低?最小可以低到0.013～0.020MJ，比汽油低得多。所以，汽油摻氫燃燒后，其所需點火能量可以降低。

? ??(5) 氫氣是一種清潔燃料?其燃燒產物是水，沒有碳和碳煙。

表2-2 一些燃料最大火焰傳播速度的比較??? (單位：cm/s)

氫	汽油	航空煤油	乙炔	苯	甲苯	一氧化碳	甲醇	二乙醚
291.2	37.7	36.9	155.3	44.6	38.6	42.9	52.3	43.7
甲烷	乙烷	丙烷	正丁烷	正戊烷	正已烷	正庚烷	環戊烷	環乙烷
37.3	44.2	42.9	41.6	42.5	42.5	42.5	41.2	42.5