Stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis

Das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Massenverhältnis ist die exakte Menge Kilogramm trockener Luft, die nötig ist, um ein Kilogramm Kraftstoff ohne überschüssigen Sauerstoff und ohne restlichen Kraftstoff zu verbrennen. Für eine Kohlenwasserstoff-Formeleinheit CxHy legt die vollständige Verbrennung den Sauerstoffbedarf auf C plus H durch vier Mole O2 pro Mol Kraftstoff fest; trockene Luft liefert diesen Sauerstoff mit etwa einundzwanzig Volumenprozent, sodass die Luftmole mit eins durch null Komma einundzwanzig skaliert und mit der mittleren Molmasse der Luft in Masse umgerechnet werden. Die Division der Luftmasse durch die Molmasse des Kraftstoffs ergibt das klassische AFR, das Ingenieure bei etwa siebzehn für Methan und etwa fünfzehn für typische Benzinsurrogate nennen. Studierende begegnen der Ableitung in Verbrennungs- und Thermodynamik-Kursen, Motorabstimmende nutzen sie als Anker für Lambda gleich eins, und Prozessmodelle brauchen eine geschlossene Form ohne empirische Kennfelder. Dieser Rechner akzeptiert nichtnegative Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomzahlen, wendet feste konventionelle Atomgewichte und Trockenluft-Konstanten an, lehnt den undefinierten Fall ab, wenn beide null sind, und liefert das Luft-Kraftstoff-Massenverhältnis zusammen mit Sauerstoffbedarf, Produktmolen, Kraftstoffformel und Methodenetikett.

Wie Kohlenstoff- und Wasserstoffzahlen zu einem stöchiometrischen AFR werden

Beginnen Sie mit einem reinen Kohlenwasserstoff als CxHy, wobei C die Kohlenstoff-Atomzahl und H die Wasserstoff-Atomzahl einer Formeleinheit des Kraftstoffs ist. Die vollständige Verbrennung in Sauerstoff folgt CxHy plus n_O2 an O2 geht zu C an CO2 plus H durch zwei an H2O, wobei die Sauerstoffbilanz n_O2 gleich C plus H durch vier erzwingt. Dieser einzelne Skalar ist der stöchiometrische Sauerstoffbedarf pro Mol Kraftstoff.

Reale Motoren und Brenner speisen keinen reinen Sauerstoff; sie speisen trockene Luft mit etwa einundzwanzig Volumenprozent O2 und daher etwa vier Komma sechsundsiebzig Mol Luft pro Mol O2. Multipliziert man n_O2 mit diesem Luftfaktor und mit der konventionellen mittleren Molmasse trockener Luft, typischerweise achtundzwanzig Komma siebenundneunzig Gramm pro Mol, erhält man die Luftmasse pro Mol Kraftstoff. Die Kraftstoffmasse pro Mol ist C mal die Atommasse von Kohlenstoff plus H mal die Atommasse von Wasserstoff, mit denselben festen konventionellen Gewichten wie andere KIT-Chemierrechner, damit Unterrichts-Goldens ausgerichtet bleiben.

Das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Massenverhältnis ist dann Luftmasse geteilt durch Kraftstoffmasse; das reziproke Kraftstoff-Luft-Verhältnis und das reine Sauerstoff-Kraftstoff-Massenverhältnis werden der Übersichtlichkeit halber mitgeliefert. Lambda und das Äquivalenzverhältnis sind an der Stöchiometrie definitionsgemäß eins, weil der Rechner auf vollständige Verbrennung ohne Luftüberschuss und ohne kraftstoffreichen Rest zielt. Negative Atomzahlen werden sofort abgelehnt, weil eine chemische Formel nicht weniger als null Atome eines Elements tragen kann.

Bruchzahlen sind erlaubt, wenn Sie eine mittlere Formeleinheit einer Mischung modellieren, zum Beispiel ein Benzinsurrogat nahe C8H15, solange mindestens ein Element positive Masse beiträgt.

Wo stöchiometrische AFR-Rechner in der realen Arbeit auftauchen

Sekundar- und Universitätskurse zur Verbrennung geben Übungen zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach dem Ausgleichen von CxHy-plus-Sauerstoff-Reaktionen auf und fordern Studierende auf, Atomzahlen in ein Massenverhältnis umzuwandeln und Methan nahe siebzehn mit schwereren Alkanen nahe fünfzehn zu vergleichen. Automobil- und Luftfahrtlabore nutzen das stöchiometrische AFR als Lambda-gleich-eins-Referenz beim Kalibrieren von Sauerstoffsensoren, beim Setzen von Leerlaufkennfeldern oder beim Prüfen, ob eine Surrogat-Kraftstoffformel vor dem Prüfstand eine plausible Luftnachfrage liefert.

Prozess- und Energieingenieure, die Brenner, Kessel oder Gasturbinen auslegen, starten oft von einer Entwurfsformel des Kraftstoffs und brauchen schnell eine geschlossene Luftmasse, bevor Feuchte, Rauchgasrückführung oder Mehrkomponenten-Mischungstabellen hinzukommen. Wenn Sie später Molverhältnis-Stöchiometrie zwischen beliebigen Reaktanten, Verbrennungsanalyse aus CO2- und H2O-Produktmassen oder Kraftstoffverbrauchs-Einheitenumrechnung brauchen, behandeln Sie diese als getrennte Suchintentionen und Landingpages statt diese Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rechners zu überladen.