UWIS, Luftreinhaltung I, Aufgabe 5 und 6

UWIS, Luftreinhaltung I, Aufgabe 5 und 6

Thomas Kuster 28. November 2006

1 VOC-Emissionen eines Benzinmotors

Volumen beim Verbrennungsende und das Quenchvolumen VEnde =

7 cm 2

2

π(0.8 cm + 8 cm·0.2) Vohne Quench =

7 cm

2 −0.02 cm 2

π(0.8 cm + 8 cm·0.2−2·0.02 cm) Prozentualer Volumenanteil der Quenchzone

1−p = Vohne Quench

V_Ende p = 1−Vohne Quench

V_Ende

= 1−

7 cm

2 −0.02 cm2

π(0.8 cm + 8 cm·0.2−2·0.02 cm)

7 cm 2

2

π(0.8 cm + 8 cm·0.2)

= 1.14%

Minimales Volumen der Verbrennungsluft

V_Atr,min = (8.91m_%C+ 21.1m_%H) 10⁻²

= (8.9185.9 + 21.114.1) 10⁻²

= 10.6 m³ kg_Benzin Verbrauch (Annahme _{100 km}^{10 l} )

10 l

100 km⁻¹ = 0.1 l km Abgasvolumen in m³ pro km

V_Atr,min·%_Benzin· V_Benzin

| {z }

Verbrauch

= 10.6m³

kg ·0.73kg

l ·0.1 l km

= 0.776m³ km 1

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VOC Emission in g pro km 0.1 l

km

| {z }

Verbrauch

·0.73kg l

| {z }

%Benzin

· 1.14%

| {z }

Anteil der nicht verbrennt (Quenchzone)

= 8.32·10⁻⁴ kg km

= 0.83 g km 1.1 VOC Emission in g pro m³

m_VOC

V_Atr,min = 0.832_km^g 0.776^m_km³

= 1.07 g m³ 1.2 VOC Emission in ppm

Mol in einem m³ Luft

pV = nRT

n

V = p

RT

= 101326 Pa 8.3145_{mol K}^J ·298 K

= 40.89mol m³ Umrechung

1.07_m^g3

65_mol^g = 1.64·10⁻² mol m³ 1.64·10^{−2 mol}_m3

40.89^mol_m3

= 4.03·10⁻⁴ = 403 ppm

1.3 Abh¨angigkeit vom Hubvolumen

Wird das Hubvolumen durch Ver¨anderung der Zylinder Anzahl (z. B. 5 an- stelle 4 Zylinder) ver¨andert, bleibt die VOC Emission pro Menge (Liter) Benzin gleich.

Wird das Hubvolumen durch Ver¨anderung der Zylinder selber ver¨andert, z. B. gr¨ossere Hubraum durch vergr¨ossern des Zylindervolumen, ver¨andern sich die VOC Emissionen. Im Beispiel w¨urden sich die VOC Emissionen verringern, da bei einer Vergr¨osserung des Zylindervolumens sich der Ober- fl¨achenanteil veringert.

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2 Adiabatische Verbrennungstemperatur

Die Aufgabe wurde mit der Abbildung 1auf der n¨achs- ten Seite gel¨ost. Die Werte f¨ur die Grafik (blauer Hintergrund) wurden nach jedem ver¨andern von λ(gelber Hintergrund) abgeschrieben (der Autor hat keine Ahnung von Makroprogrammierung in Officeprogrammen).

OpenOffice Tabelle

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Heizöl EL ZusammensetzungMasse [%]Masse [g]abn*b/2n*a C86.18611271.7544.320.010.263179.9 H13.7137113732.480.010.594449.29 S0.151.54320.05wird vernachlässigt N0.020.2140.01wird vernachlässigt 365.0729.2300.5610671.42 73.0129.2300.112134.28 19.4130.500.03592.04 1.5621026.94 λ1.2λ 11975 40.891.11860 11.31.21757 Anzahl Mol pro kg Öl462.111.31665 1.41582 42.71.51507 01.61439 298.161.71378 1.81320 Quadratische Gleichung1.91267 1.5621219 21026.942.11174 -49107957.272.21132 2.31094 Lösung der Gleichung2.41058 20302.51024 1756.842.6992

Adiabatische Verbrennungstemperatur M [g/mol]n [mol] CO2 H2O N2N2 N2 LuftüberschussN2 O2 LuftüberschussO2 Tad [°C] Anzahl Mol in 1 m3 Luft Lmin [m3/kg] Hum [MJ/kg] HL Ts [K] Tad2 Tad Tad0 Tad [K] Tad [°C]

11.251.51.7522.252.52.75900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

T (λ )

Tem per atu r [°

C]

Abbildung 1: OpenOffice Tabelle