1氧乙醇汽油的溫度計算
1.1乙醇汽油燃料的介紹
在計算中，選用辛烷值為90的參考燃料（PRF90，PrimaryReferenceFuels，體積比為90％的異辛烷和10％的正庚烷混合）代替汽油，10％乙醇與90％PRF90、50％乙醇和50％PRF90混合制成乙醇汽油燃料。其意義是：（1）PRF90的辛烷值和實際汽油的辛烷值相近；（2）汽油的主要成分是C5～C11的烷烴與環(huán)烷烴，正庚烷和異辛烷所含的碳原子是汽油成分所含碳原子的平均數(shù)，同屬于烷族，化學(xué)性質(zhì)相近；（3）PRF90成分比汽油簡單，便于用化學(xué)方程式進(jìn)行計算?！　?.2乙醇汽油的特性
（1）由于在汽油中加入了乙醇，乙醇的分子結(jié)構(gòu)中含有羥基，使得汽油分子中增加了氧原子，氧原子的存在起到助燃的作用。因此加入乙醇的汽油形成含氧燃料，乙醇中的含氧量高達(dá)34.7％，添加10％乙醇，氧含量可達(dá)到3.5％，使燃料分子完全燃燒的條件得到改善，有利于未燃完CH、CO的氧化，減少CH、CO的排放。
（2）由于乙醇的碳原子數(shù)目為2，分子結(jié)構(gòu)中含有氧原子，燃料分子結(jié)構(gòu)簡單使得燃燒過程大大簡化，不會出現(xiàn)大量的燃燒中間產(chǎn)物，燃燒過程穩(wěn)定。
但乙醇的汽化潛熱比汽油大，使得燃料的最高燃燒溫度比純汽油的低。
（3）由于乙醇中的辛烷值（RON）指數(shù)可達(dá)111個單位，乙醇按10％的比例混合配入汽油中，可使辛烷值提高2～3單位，提高了混合燃?xì)獾目贡阅堋?br /> （4）乙醇的主要原料是含糖作物、含淀粉作物以及纖維類原料，來源廣泛，加工工藝成熟，價格便宜，是當(dāng)前典型的可再生資源。
1.3熱力學(xué)依據(jù)
當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化并引起能量發(fā)生變化時，這種能量的變化必須依賴于系統(tǒng)和環(huán)境之間的能量傳遞。系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量傳遞可通過兩種方式，一種是“熱”，一種是“功”。因為反應(yīng)是在常溫敞開系統(tǒng)下進(jìn)行，為定壓過程，根據(jù)熱力學(xué)第一定律：ΔU＝U2－U1＝Q－W，在此條件下如果反應(yīng)進(jìn)行得很緩慢，反應(yīng)放出的熱量能及時傳出，則反應(yīng)物溫度和生成物溫度相同。而乙醇汽油燃燒反應(yīng)為劇烈的氧化反應(yīng)，反應(yīng)熱來不及散失，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量全部傳遞給生成物，增加其焓值，使溫度升高。因此可以利用物質(zhì)的比熱容計算燃燒所能達(dá)到的最高溫度，即理論燃燒溫度。
1.4當(dāng)乙醇的體積濃度為10％時，氧乙醇汽油火焰溫度的計算
（1）中性焰溫度的計算。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后原子守恒的原理，乙醇汽油燃燒的化學(xué)方程式為C7.31H16.62O0.1＋11.415O2→7.31CO2＋8.31H2O（1）當(dāng)純氧與乙醇汽油物質(zhì)的量比為3.605時，燃燒后的氣體中既無過剩的氧氣，也無游離碳，此時形成的火焰為中性焰。
如果所有氣體均為理想氣體時，1mol乙醇汽油完全燃燒需要11.415mol的氧氣，根據(jù)乙醇汽油火焰中性焰的特點，其中11.415mol的氧氣有3.605mol是來自氧氣瓶提供純氧，另外7.81mol的氧氣來自空氣。按空氣中氧氣與氮氣的體積比為0.21∶0.79，那么7.81mol的氧氣會帶來29.38mol的氮氣，乙醇汽油氣體燃燒的溫度為T，通過計算得出此時：T＝2507.94K，t＝2234.94℃。
（2）氧化焰的溫度計算。
假設(shè)純氧與乙醇汽油物質(zhì)質(zhì)量比為n（11.415≥n≥3.605），根據(jù)反應(yīng)式可知1mol乙醇汽油和11.415mol氧氣完全反應(yīng)，其中11.415mol氧氣中nmol來自氧氣瓶，（11.415－n）mol由空氣提供，因此帶入3.76（11.415－n）molN2。假設(shè)乙醇汽油燃燒的火焰溫度為T，焓為狀態(tài)函數(shù)，通過計算整理得出當(dāng)純氧與乙醇汽油物質(zhì)量比為3.605～11.415，氧乙醇汽油的火焰溫度為2234.94℃～3626.38℃。
1.5乙醇的體積濃度為50％時，氧乙醇汽油火焰溫度的計算
中性焰溫度的計算。按照上述計算原理，當(dāng)乙醇的體積濃度占50％時，利用試根法得T＝2598.88K，t＝2325.88℃。氧化焰溫度的計算：通過計算可得當(dāng)純氧與乙醇汽油物質(zhì)量比為2.225～7.675，氧乙醇汽油的火焰溫度為2325.88℃～3762.65℃。
因此當(dāng)乙醇汽油中乙醇的體積濃度不同時計算出來的火焰溫度如所示。
2三種狀態(tài)下乙醇汽油火焰長度分析
2.1燃燒過程氧氣消耗量的分析
氧乙醇汽油的燃燒過程與氧乙炔燃燒過程相似，都是由三個區(qū)域組成，分別進(jìn)行三種不同的反應(yīng)過程。　　乙醇汽油的理論燃燒溫度
2乙醇汽油的燃燒過程
從2可以看出，首先是焰心部分進(jìn)行乙醇汽油分解反應(yīng)，在內(nèi)焰部分，碳原子與氧氣反應(yīng)生成CO，這時的氧氣分別來自乙醇汽油自身分解和氧氣瓶提供的氧氣，分別消耗3.655份和2.475份氧氣，其中有0.05份和0.25份來自自身分解，3.605份和2.225份氧氣由氧氣瓶提供，外焰消耗7.81和5.45份氧氣。
（1）在絕對氧化焰的情況下，外焰氧氣完全由純氧供應(yīng)。由于沒有空氣參與，當(dāng)乙醇汽油中含10％和50％乙醇時，火焰的外焰區(qū)域總共有15.62體積和10.9體積生成氣體，火焰長度大約為乙炔中性火焰長度的1.8倍和1.2倍。
（2）在氧化焰的情況下，外焰氧氣由空氣和純氧共同供應(yīng)。當(dāng)乙醇汽油中含10％和50％乙醇時，空氣分別提供3.655mol和2.475mol的氧氣，分別代入13.74mol和9.31mol的N2，這時火焰的外焰區(qū)域共有29.36和20.21體積生成氣體，與乙醇中性焰時外焰區(qū)域氣體體積8.64相比大約多了3.4倍和2.3倍。
（3）在中性焰的情況下，外焰氧氣完全由空氣提供，含10％和50％乙醇的乙醇汽油外焰區(qū)域由空氣分別代入29.38體積和20.50體積的N2，使得外焰區(qū)域生氣氣體體積數(shù)為45.0和31.40，大約是乙炔中性焰外焰生成氣體體積數(shù)8.64的5.2倍和3.6倍。
因此，可以得出乙醇汽油在三種不同狀態(tài)下外焰區(qū)域生產(chǎn)氣體的體積數(shù)，如所示。
由可知，乙醇汽油燃燒充分、穩(wěn)定，抗爆能力強，雖然乙醇汽油的火焰溫度比乙炔、汽油溫度低，但也能保持在2234.94℃以上，而且金屬切割過程中的熱量有70％由金屬燃燒產(chǎn)生，而預(yù)熱火焰提供的熱量僅占30％。所以可以滿足切割預(yù)熱金屬使之達(dá)到燃燒點，足以使鋼材預(yù)熱到燃點并維持整個切割打孔過程。而且氧乙醇汽油中性焰的外焰長度大約是氧乙炔中性焰的3.6～5.2倍，可以深入割縫內(nèi)部進(jìn)行加熱，對氧化熔渣起到了保溫作用，保證了熔渣具有足夠的溫度和流動性，使得熔渣容易去除。因此從理論上看，乙醇汽油作為切割替代燃料能夠節(jié)約能源，緩解當(dāng)前石油短缺的能源危機，減少了污染物的排放，是一種節(jié)能、環(huán)保的新型切割替代燃料。
3氧乙醇汽油與氧乙炔切割試驗
3.1試驗設(shè)備和實驗工藝參數(shù)
試驗中分別用氧乙醇汽油和氧乙炔對12mm的Q235鋼材料進(jìn)行切割，并利用自動切割機的行走機構(gòu)，將手工射吸式割炬固定在小車式自動切割機上以實現(xiàn)自動切割，通過調(diào)節(jié)行走速度，實現(xiàn)在最佳狀態(tài)下的最大切割速度。氧乙醇汽油和氧乙炔火焰切割工藝參數(shù)。
外焰區(qū)域生成氣體的體積數(shù)
3.2切割質(zhì)量比較
氧乙醇汽油火焰溫度低于氧乙炔的燃燒溫度，所以切割時預(yù)熱時間要比氧乙炔預(yù)熱時間長，切割速度慢，但火焰保護(hù)性好，切割處的金屬不易被氧化，切割后切口表面光滑平整，掛渣非常少且容易清除，棱角完好。切割過程中乙醇汽油的壓力基本穩(wěn)定，火焰能穩(wěn)定燃燒，不易回火。氧乙炔在切割時容易回火，切割后易切口上緣熔化、掛渣不易清除、后拖量增加等現(xiàn)象。這是由于乙醇火焰內(nèi)外焰的溫差大，熱量集中于焰心，熱量分布不均勻造成的。是兩種切割方法切割面質(zhì)量參數(shù)比較，可以看出，氧乙醇汽油可用于切割金屬。
4結(jié)論
（1）通過理論計算，表明了當(dāng)乙醇體積濃度在10％～50％時，乙醇汽油的理論燃燒溫度在2234.94℃以上，氧乙醇汽油在三種狀態(tài)下火焰長度要比乙炔的長1.2～5.2倍，使得切割后的氧化熔渣更容易清除，而且燃燒充分，節(jié)約能源，環(huán)境污染小。
（2）通過試驗可知，與常規(guī)的氧乙炔切割方法相比，在切割相同金屬的過程中，氧乙醇汽油火焰燃燒更穩(wěn)定，不易回火，切口表面光滑平整，熔渣易清除。