Топлина на изгаряне на гориво. Термични машини. ЛЕД. Специфична топлинна стойност на горивото

Известно е, че източникът на енергия в промишлеността, транспорта, селското стопанство и бита е горивото. Това са въглища, нефт, торф, дърва за огрев, природен газ и др. При изгаряне на гориво се отделя енергия. Нека се опитаме да разберем как се освобождава енергия в този случай.

Нека си припомним структурата на водната молекула (фиг. 16, а). Състои се от един кислороден атом и два водородни атома. Ако водната молекула е разделена на атоми, тогава е необходимо да се преодолеят силите на привличане между атомите, т.е. да се извърши работа и следователно да се изразходва енергия. Обратно, ако атомите се комбинират, за да образуват молекула, се освобождава енергия.

Използването на гориво се основава именно на феномена на освобождаване на енергия, когато атомите се комбинират. Например въглеродните атоми, съдържащи се в горивото, се комбинират с два кислородни атома по време на горенето (фиг. 16, b). В този случай се образува молекула въглероден оксид - въглероден диоксид - и се освобождава енергия.

Ориз. 16. Структура на молекулите:
вода; b - свързване на въглероден атом и два кислородни атома в молекула въглероден диоксид

Когато проектира двигатели, инженерът трябва да знае точно колко топлина може да отдели изгаряното гориво. За да направите това, е необходимо да се определи експериментално колко топлина ще се отдели по време на пълното изгаряне на една и съща маса гориво от различни видове.

Физическата величина, показваща колко топлина се отделя при пълното изгаряне на гориво с тегло 1 kg, се нарича специфична топлина на изгаряне на горивото.

Специфичната топлина на изгаряне се обозначава с буквата q. Единицата за специфична топлина на изгаряне е 1 J/kg.

Специфичната топлина на изгаряне се определя експериментално с помощта на доста сложни инструменти.

Резултатите от експерименталните данни са показани в таблица 2.

таблица 2

Тази таблица показва, че специфичната топлина на изгаряне, например, на бензин е 4,6 10 7 J / kg.

Това означава, че при пълното изгаряне на бензин с тегло 1 kg се отделя 4,6 10 7 J енергия.

Общото количество топлина Q, отделено при изгарянето на m kg гориво, се изчислява по формулата

Въпроси

Каква е специфичната топлина на изгаряне на горивото?
В какви единици се измерва специфичната топлина на изгаряне на горивото?
Какво означава изразът „специфична топлина на изгаряне на гориво, равна на 1,4 10 7 J / kg“? Как се изчислява количеството топлина, отделена при изгарянето на горивото?

Упражнение 9

Колко топлина се отделя при пълното изгаряне на дървени въглища с тегло 15 kg; алкохол с тегло 200 гр.?
Колко топлина ще се отдели по време на пълното изгаряне на масло, чиято маса е 2,5 тона; керосин, чийто обем е 2 литра, а плътността е 800 kg / m 3?
При пълното изгаряне на сухи дърва за огрев се отделят 50 000 kJ енергия. Колко дърва за огрев изгоряха?

Упражнение

Използвайки таблица 2, изградете стълбовидна диаграма за специфичната топлина на изгаряне на дърва за огрев, алкохол, масло, водород, като изберете мащаба, както следва: ширината на правоъгълника е 1 клетка, височината от 2 mm съответства на 10 J.

Важна топлотехническа характеристика на горивото е неговата специфична топлина на изгаряне.

Специфична топлина на изгаряне на гориво

Разграничете конкретна по-висока и по-ниска калоричност. Специфичната топлина на изгаряне на работното гориво, като се вземе предвид допълнителната топлина, която се отделя при кондензацията на водни пари, намиращи се в продуктите на горенето, се нарича по-висока специфична калоричност на работното гориво. Това допълнително количество топлина може да се определи чрез умножаване на масата на водната пара, генерирана от изпаряването на влагата от горивото /100 и от изгарянето на водород 9 /100 , за латентната топлина на кондензация на водна пара, равна приблизително на 2500 kJ / kg.

Специфична долна топлинна стойност на горивото – количеството топлина, което се отделя при нормални практически условия, т.е. когато водните пари не кондензират, а се отделят в атмосферата.

Така връзката между по-високата и по-ниската специфична топлина на изгаряне може да бъде изразена чрез уравнението - = =25(9 ).

64. Условно гориво.

горивое всяко вещество, което по време на горене (окисление) отделя значително количество топлина на единица маса или обем и е достъпно за масова употреба.

Като гориво се използват естествени и производни органични съединения в твърдо, течно и газообразно състояние.

Всяко органично гориво се състои от въглерод, водород, кислород, азот, летлива сяра, докато твърдите и течните горива се състоят от пепел (минерални остатъци) и влага.

Важна топлотехническа характеристика на горивото е неговата специфична топлина на изгаряне.

Специфична топлина на изгаряне на горивое количеството топлина, което се отделя при пълното изгаряне на единица количество горивна субстанция.

Колкото по-ниска е специфичната топлина на изгаряне на горивото, толкова повече се изразходва в котелния агрегат. За да се сравнят различните видове горива по отношение на техния топлинен ефект, се въвежда понятието стандартно гориво, чиято специфична топлина на изгаряне се приема =29,3 MJ/kg.

Съотношението на Q N R на това гориво към Q sp на стандартното гориво се нарича еквивалент на E. Тогава преобразуването на потреблението на природно гориво V N в стандартно гориво V UT се извършва по формулата:

Условно гориво- счетоводната единица за изкопаеми горива, т.е. нефт и неговите производни, естествени и специално получени по време на дестилацията на шисти и въглища, газ, торф, приети в изчисленията, които се използват за изчисляване на полезното действие на различни видове гориво в общото им счетоводство.

В СССР и Русия на единица еталонно гориво(cf) взета е калоричността на 1 kg въглища = 29,3 MJ или 7000 kcal. Международна агенция по енергетика ( МАЕ) взе единицата петролен еквивалент, обикновено означавана със съкращението ПРЪСТ НА КРАК(Английски . Тон нефтен еквивалент). Един тон петролен еквивалент се равнява на 41,868 GJ или 11,63 MWh. Използва се и единицата - барел петролен еквивалент ( BOE).

65. Коефициент на излишък на въздух.

Извиква се числото, показващо колко пъти действителният въздушен поток е по-голям от теоретично необходимото количество въздух коефициент на излишък на въздух,действителен въздушен поток Л (в kg/kg) или V (m 3 / m 3) е равно на теоретично необходимото количество Л о или V o > умножено по коефициента на излишък на въздух a

V= aV 0 .

Всеки знае, че разходът на гориво играе огромна роля в живота ни. Горивото се използва в почти всеки клон на съвременната индустрия. Особено често се използва гориво, получено от нефт: бензин, керосин, дизелово гориво и др. Използват се и горими газове (метан и други).

Откъде идва енергията от горивото?

Знаем, че молекулите са изградени от атоми. За да се раздели всяка молекула (например молекула вода) на нейните съставни атоми, е необходимо да се изразходва енергия (за да се преодолеят силите на привличане на атомите). Експериментите показват, че когато атомите се комбинират в молекула (това се случва при изгаряне на гориво), енергията, напротив, се освобождава.

Както знаете, има и ядрено гориво, но тук няма да говорим за него.

При изгаряне на гориво се освобождава енергия. Най-често това е топлинна енергия. Експериментите показват, че количеството освободена енергия е правопропорционално на количеството изгорено гориво.

Специфична топлина на изгаряне

За изчисляване на тази енергия се използва физична величина, наречена специфична топлина на изгаряне на горивото. Специфичната топлина на изгаряне на горивото показва колко енергия се отделя при изгарянето на единица маса гориво.

Означава се с латинската буква q.В системата SI мерната единица за това количество е J / kg. Имайте предвид, че всяко гориво има своя специфична топлина на изгаряне. Тази стойност е измерена за почти всички видове горива и се определя от таблици при решаване на задачи.

Например специфичната топлина на изгаряне на бензина е 46 000 000 J/kg, керосина е същата, а етиловия алкохол е 27 000 000 J/kg. Лесно е да се разбере, че енергията, отделена при изгарянето на гориво, е равна на произведението на масата на това гориво и специфичната топлина на изгаряне на горивото:

Разгледайте примери

Помислете за пример. 10 грама етилов алкохол изгарят в спиртна лампа за 10 минути. Намерете мощността на спиртната лампа.

Решение.Намерете количеството топлина, отделено при изгарянето на алкохол:

Q = q*m; Q \u003d 27 000 000 J / kg * 10 g \u003d 27 000 000 J / kg * 0,01 kg = 270 000 J.

Нека намерим силата на алкохолната лампа:

N \u003d Q / t \u003d 270 000 J / 10 мин = 270 000 J / 600 s = 450 W.

Нека да разгледаме по-сложен пример.Алуминиев тиган с маса m1, пълен с вода с маса m2, се нагрява с печка от температура t1 до температура t2 (0°C< t1 < t2

Решение.

Намерете количеството топлина, получено от алуминия:

Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);

намерете количеството топлина, получено от водата:

Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);

намерете количеството топлина, получено от съд с вода:

намерете количеството топлина, отделено от изгорелия бензин:

Q4 = Q3 / k * 100 = (Q1 + Q2) / k * 100 =

(c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100;

Какво е гориво?

Това е един компонент или смес от вещества, които са способни на химични трансформации, свързани с отделянето на топлина. Различните видове гориво се различават по количественото съдържание на окислителя в тях, който се използва за освобождаване на топлинна енергия.

В широк смисъл горивото е енергиен носител, тоест потенциален вид потенциална енергия.

Класификация

Понастоящем горивата се разделят според агрегатното си състояние на течни, твърди и газообразни.

Камъкът и дървата за огрев, антрацитът се считат за солидни естествени видове. Брикети, кокс, термоантрацит са разновидности на изкуствено твърдо гориво.

Течностите включват вещества, които съдържат вещества от органичен произход. Основните им компоненти са: кислород, въглерод, азот, водород, сяра. Изкуствено течно гориво ще бъде разнообразие от смоли, мазут.

Това е смес от различни газове: етилен, метан, пропан, бутан. В допълнение към тях, газообразното гориво съдържа въглероден диоксид и въглероден оксид, сероводород, азот, водни пари и кислород.

Индикатори за гориво

Основният индикатор за изгаряне. Формулата за определяне на калоричността се разглежда в термохимията. излъчват "референтно гориво", което предполага калоричността на 1 килограм антрацит.

Битовото отоплително масло е предназначено за изгаряне в отоплителни уреди с ниска мощност, които се намират в жилищни помещения, топлинни генератори, използвани в селското стопанство за сушене на фураж, консервиране.

Специфичната топлина на изгаряне на горивото е такава стойност, че показва количеството топлина, което се образува при пълното изгаряне на гориво с обем 1 m 3 или маса от един килограм.

За измерване на тази стойност се използват J / kg, J / m 3, калории / m 3. За да определите топлината на изгаряне, използвайте калориметричния метод.

С увеличаване на специфичната топлина на изгаряне на горивото специфичният разход на гориво намалява, а ефективността остава непроменена.

Топлината на изгаряне на веществата е количеството енергия, отделено по време на окисляването на твърдо, течно, газообразно вещество.

Определя се от химичния състав, както и от агрегатното състояние на горимото вещество.

Характеристики на продуктите от горенето

По-високата и по-ниската калоричност се свързват с агрегатното състояние на водата в веществата, получени след изгарянето на горивото.

Горната калоричност е количеството топлина, отделена при пълното изгаряне на дадено вещество. Тази стойност включва топлината на кондензация на водна пара.

Долната работна калоричност е стойността, която съответства на отделянето на топлина по време на горене, без да се отчита топлината на кондензация на водни пари.

Скритата топлина на кондензация е стойността на енергията на кондензация на водна пара.

Математическа връзка

По-високата и по-ниската калоричност са свързани със следната връзка:

Q B = Q H + k(W + 9H)

където W е тегловното количество (в %) вода в горивното вещество;

H е количеството водород (% от масата) в горимото вещество;

k - коефициент от 6 kcal/kg

Методи за изчисление

По-високата и по-ниската калоричност се определят по два основни метода: изчислителен и експериментален.

Калориметрите се използват за експериментални изчисления. Първо в него се изгаря проба гориво. Топлината, която ще се отдели в този случай, се абсорбира напълно от водата. Имайки представа за масата на водата, е възможно да се определи стойността на нейната топлина на изгаряне чрез промяна на нейната температура.

Тази техника се счита за проста и ефективна, предполага само познаването на данните от техническия анализ.

При метода на изчисление най-високата и най-ниската калоричност се изчисляват по формулата на Менделеев.

Q p H \u003d 339C p + 1030H p -109 (O p -S p) - 25 W p (kJ / kg)

Отчита съдържанието на въглерод, кислород, водород, водни пари, сяра в работния състав (в проценти). Количеството топлина по време на горенето се определя, като се вземе предвид еталонното гориво.

Топлината на изгаряне на газ ви позволява да правите предварителни изчисления, за да идентифицирате ефективността на използването на определен вид гориво.

Характеристики на произход

За да разберете колко топлина се отделя при изгарянето на определено гориво, е необходимо да имате представа за неговия произход.

В природата съществуват различни видове твърди горива, които се различават по състав и свойства.

Неговото формиране се осъществява на няколко етапа. Първо се образува торф, след това се получават кафяви и твърди въглища, след което се образува антрацит. Основните източници на образуване на твърдо гориво са листата, дървесината и иглите. Умиращи, части от растения, когато са изложени на въздух, се унищожават от гъбички, образувайки торф. Натрупването му се превръща в кафява маса, след което се получава кафяв газ.

При високо налягане и температура брауновият газ се превръща във въглища, след което горивото се натрупва под формата на антрацит.

В допълнение към органичните вещества в горивото има допълнителен баласт. Органични считат тази част, която е образувана от органични вещества: водород, въглерод, азот, кислород. В допълнение към тези химични елементи, той съдържа баласт: влага, пепел.

Технологията на пещта включва разпределението на работна, суха и горима маса на изгореното гориво. Работната маса се нарича гориво в оригиналната му форма, доставена на потребителя. Сухото тегло е състав, в който няма вода.

Съединение

Най-ценните компоненти са въглеродът и водородът.

Тези елементи се намират във всеки вид гориво. В торфа и дървесината процентът на въглерод достига 58 процента, в черните и кафявите въглища - 80%, а в антрацита достига 95 процента от теглото. В зависимост от този показател се променя количеството топлина, отделена при изгарянето на горивото. Водородът е вторият най-важен елемент от всяко гориво. Контактувайки с кислорода, той образува влага, което значително намалява топлинната стойност на всяко гориво.

Процентът му варира от 3,8 в нефтените шисти до 11 в мазута. Кислородът, който е част от горивото, действа като баласт.

Той не е топлогенериращ химичен елемент, поради което влияе негативно върху стойността на топлината на изгаряне. Изгарянето на азот, съдържащ се в свободна или свързана форма в продуктите на горенето, се счита за вредни примеси, така че количеството му е ясно ограничено.

Сярата влиза в състава на горивото под формата на сулфати, сулфиди, а също и като газове серен диоксид. Когато се хидратират, серните оксиди образуват сярна киселина, която разрушава котелното оборудване и влияе неблагоприятно върху растителността и живите организми.

Ето защо сярата е химичният елемент, чието присъствие в природното гориво е крайно нежелателно. Попадайки в работното помещение, серните съединения причиняват значително отравяне на оперативния персонал.

Съществуват три вида пепел в зависимост от произхода й:

първичен;
втори;
третичен.

Първичната форма се образува от минералните вещества, съдържащи се в растенията. Вторичната пепел се образува в резултат на поглъщане на растителни остатъци от пясък и пръст по време на образуването на формацията.

Третичната пепел се оказва част от горивото в процеса на добив, съхранение, а също и транспортирането му. При значително отлагане на пепел се наблюдава намаляване на топлопредаването върху нагревателната повърхност на котелния агрегат, намалява количеството на преноса на топлина към водата от газовете. Огромно количество пепел влияе негативно на работата на котела.

Накрая

Летливите вещества оказват значително влияние върху процеса на изгаряне на всеки вид гориво. Колкото по-голяма е тяхната мощност, толкова по-голям ще бъде обемът на фронта на пламъка. Например въглища, торф лесно се запалват, процесът е придружен от незначителни топлинни загуби. Коксът, който остава след отстраняването на летливите примеси, съдържа само минерални и въглеродни съединения. В зависимост от характеристиките на горивото количеството топлина варира значително.

В зависимост от химичния състав се разграничават три етапа на образуване на твърди горива: торф, лигнит, въглища.

Естественото дърво се използва в малки котелни инсталации. Използват се предимно дървени стърготини, дървени стърготини, плочи, кора, самите дърва за огрев се използват в малки количества. В зависимост от вида на дървесината количеството отделена топлина варира значително.

С намаляването на калоричността дървата за огрев придобиват определени предимства: бърза запалимост, минимално съдържание на пепел и липса на следи от сяра.

Надеждната информация за състава на естествените или синтетичните горива, тяхната калоричност е отличен начин за извършване на термохимични изчисления.

Понастоящем има реална възможност да се идентифицират онези основни варианти за твърди, газообразни, течни горива, които ще бъдат най-ефективни и евтини за използване в конкретна ситуация.

В този урок ще научим как да изчисляваме количеството топлина, което горивото отделя по време на изгаряне. В допълнение, помислете за характеристиките на горивото - специфичната топлина на изгаряне.

Тъй като целият ни живот се основава на движение, а движението се основава най-вече на изгарянето на гориво, изучаването на тази тема е много важно за разбирането на темата "Топлинни явления".

След като проучихме въпросите, свързани с количеството топлина и специфичния топлинен капацитет, преминаваме към разглеждането количеството топлина, отделена при изгарянето на горивото.

Определение

гориво- вещество, което при някои процеси (горене, ядрени реакции) отделя топлина. Е източник на енергия.

Горивото се случва твърди, течни и газообразни(Фиг. 1).

Ориз. 1. Видове гориво

Твърдите горива са въглища и торф.
Течните горива са нефт, бензин и други петролни продукти.
Газообразните горива включват природен газ.
Отделно може да се открои много често срещано напоследък ядрено гориво.

Изгарянето на гориво е химичен процес, който е окислителен. По време на горенето въглеродните атоми се свързват с кислородните атоми, за да образуват молекули. В резултат на това се освобождава енергия, която човек използва за собствените си цели (фиг. 2).

Ориз. 2. Образуване на въглероден диоксид

За характеризиране на горивото се използва такава характеристика като калорична стойност. Калоричността показва колко топлина се отделя при изгарянето на горивото (фиг. 3). В калоричната физика понятието съответства специфична топлина на изгаряне на веществото.

Ориз. 3. Специфична топлина на изгаряне

Определение

Специфична топлина на изгаряне- физическата величина, характеризираща горивото, е числено равна на количеството топлина, което се отделя при пълното изгаряне на горивото.

Специфичната топлина на изгаряне обикновено се означава с буквата . Единици:

В мерните единици няма, тъй като изгарянето на горивото се извършва при почти постоянна температура.

Специфичната топлина на изгаряне се определя емпирично с помощта на сложни инструменти. Има обаче специални таблици за решаване на задачи. По-долу даваме стойностите на специфичната топлина на изгаряне за някои видове гориво.

вещество

Таблица 4. Специфична топлина на изгаряне на някои вещества

От дадените стойности се вижда, че по време на горенето се отделя огромно количество топлина, така че се използват мерните единици (мегаджаули) и (гигаджаули).

За изчисляване на количеството топлина, което се отделя при изгарянето на гориво, се използва следната формула:

Тук: - маса на горивото (kg), - специфична топлина на изгаряне на гориво ().

В заключение отбелязваме, че по-голямата част от горивото, което се използва от човечеството, се съхранява с помощта на слънчева енергия. Въглища, нефт, газ - всичко това се е образувало на Земята поради влиянието на Слънцето (фиг. 4).

Ориз. 4. Образуване на гориво

В следващия урок ще говорим за закона за запазване и преобразуване на енергията при механични и топлинни процеси.

списъклитература

Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ед. Орлова V.A., Roizena I.I. Физика 8. - М.: Мнемозина.
Перишкин А.В. Физика 8. - М.: Дропла, 2010.
Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

Интернет портал "festival.1september.ru" ()
Интернет портал "school.xvatit.com" ()
Интернет портал "stringer46.narod.ru" ()

Домашна работа