اصلی - راهرو
آنچه گرمای احتراق سوخت نشان می دهد. گرمای خاص احتراق سوخت و مواد قابل احتراق

یک ویژگی مهم حرارتی فنی یک سوخت ، گرمای خاص احتراق آن است.

گرمای خاص احتراق سوخت

بین گرمای خاص احتراق بالاتر و پایین تفاوت قائل شوید. گرمای خاص احتراق سوخت کارگر ، با در نظر گرفتن گرمای اضافی که در هنگام تراکم بخار آب در محصولات احتراق آزاد می شود ، نامیده می شود. بالاترین گرمای ویژه احتراق سوخت در حال کار. این مقدار اضافی گرما را می توان با ضرب جرم بخار آب تشکیل شده از تبخیر رطوبت از سوخت / 100 و از احتراق هیدروژن تعیین کرد. 9 /100 ، تا گرمای نهان تراکم بخار آب ، برابر با حدود 2500 کیلوژول بر کیلوگرم.

ارزش حرارتی خالص خاص سوختمقدار گرمائی که در شرایط عملی عادی آزاد می شود ، یعنی وقتی بخار آب متراکم نشود ، اما در جو آزاد شود.

بنابراین ، رابطه بین بالاترین و کمترین گرمای احتراق را می توان با معادله بیان کرد - = =25(9 ).

64. سوخت مشروط.

سوخت به هر ماده ای گفته می شود که هنگام احتراق (اکسیداسیون) مقدار قابل توجهی گرما در واحد جرم یا حجم آزاد می کند و برای استفاده انبوه در دسترس است.

از ترکیبات آلی طبیعی و مشتق شده در حالت جامد ، مایع و گازی به عنوان سوخت استفاده می شود.

هرگونه سوخت فسیلی از کربن ، هیدروژن ، اکسیژن ، ازت ، گوگرد فرار و جامد و تشکیل شده است سوخت های مایع - از خاکستر (بقایای مواد معدنی) و رطوبت.

یک ویژگی مهم حرارتی فنی یک سوخت ، گرمای احتراق خاص آن است.

گرمای خاص احتراق سوختمقدار گرمائی است که در طی احتراق کامل واحد مقدار ماده سوختی آزاد می شود.

هرچه گرمای احتراق ویژه سوخت کمتر باشد ، مصرف آن در واحد دیگ بخار بیشتر می شود. برای مقایسه انواع مختلف سوخت از نظر تأثیر حرارتی ، مفهوم سوخت متداول معرفی شده است که گرمای احتراق خاص آن 29.3 MJ / kg است.

نسبت Q N R یک سوخت داده شده به Q ضربان سوخت مرجع را معادل E. می نامند. سپس تبدیل مصرف سوخت طبیعی B N به سوخت معادل B UT مطابق فرمول انجام می شود:

سوخت متعارف - واحد حسابداری سوخت های فسیلی که در محاسبات اتخاذ شده است ، یعنی روغن و مشتقات آن ، طبیعی و مخصوصاً در حین تقطیر شیل و ذغال سنگ ، گاز ، ذغال سنگ نارس - که برای محاسبه اثر مفید انواع سوخت در استفاده می شود حسابداری کل آنها

در اتحاد جماهیر شوروی و روسیه در هر واحد سوخت معادل (سوخت استاندارد) ، مقدار گرمایی 1 کیلوگرم زغال سنگ قیر \u003d 29.3 MJ یا 7000 کیلوکالری گرفته شد. آژانس انرژی بین المللی ( IEA) معادل روغن را به عنوان یک واحد در نظر گرفت که معمولاً با علامت اختصاری نشان داده می شود انگشت پا (مهندسی . یک تن معادل روغن) یک تن معادل روغن معادل 41.868 GJ یا 11.63 مگاوات ساعت است. واحد نیز استفاده می شود - یک بشکه معادل روغن ( بوئه).

65. نسبت هوا بیش از حد.

به عددی که نشان می دهد دبی جریان واقعی چند برابر بیشتر از مقدار مورد نیاز نظری هوا است ، گفته می شود نسبت هوای اضافی ،یعنی جریان واقعی هوا ل (در کیلوگرم / کیلوگرم) یا V (متر مکعب در متر مکعب) برابر با مقدار مورد نیاز تئوری آن است ل ای یا V o\u003e ضرب در ضریب هوای اضافی a

V= aV 0 .

در این درس ، ما یاد خواهیم گرفت که چگونه گرمای سوخت را هنگام احتراق آزاد کنیم. علاوه بر این ، اجازه دهید ویژگی سوخت را به عنوان گرمای احتراق خاص در نظر بگیریم.

از آنجا که کل زندگی ما مبتنی بر حرکت است ، و حرکت در بیشتر قسمتها مبتنی بر احتراق سوخت است ، مطالعه این موضوع برای درک موضوع "پدیده های گرمایی" بسیار مهم است.

پس از مطالعه مسائل مربوط به میزان گرما و گرمای خاص، بیایید به بررسی بپردازیم مقدار گرمای آزاد شده در هنگام احتراق سوخت.

تعریف

سوخت - ماده ای که در برخی فرآیندها (احتراق ، واکنش های هسته ای) گرما تولید می کند. این یک منبع انرژی است.

سوخت اتفاق می افتد جامد ، مایع و گازی(عکس. 1).

شکل. 1. انواع سوخت

  • سوخت جامد شامل ذغال سنگ و ذغال سنگ نارس.
  • سوخت های مایع شامل نفت ، بنزین و سایر فرآورده های نفتی.
  • سوخت های گازی شامل می شود گاز طبیعی.
  • به طور جداگانه ، می توان موارد بسیار رایجی را اخیراً متمایز کرد سوخت هسته ای.

احتراق سوخت ها یک فرآیند شیمیایی است که اکسیداتیو است. هنگام سوختن ، اتمهای کربن با اتمهای اکسیژن ترکیب شده و مولکول تشکیل می دهند. در نتیجه ، انرژی آزاد می شود ، که فرد از آن برای اهداف خود استفاده می کند (شکل 2).

شکل. 2. تشکیل دی اکسید کربن

برای توصیف سوخت ، از چنین مشخصاتی استفاده می شود مقدار گرمایی... مقدار کالری نشان می دهد که چه مقدار گرما در هنگام احتراق سوخت آزاد می شود (شکل 3). در فیزیک با ارزش گرمایی ، این مفهوم مطابقت دارد گرمای خاص احتراق یک ماده.

شکل. 3. گرمای خاص احتراق

تعریف

گرمای احتراق خاص - مقدار فیزیکی مشخصه سوخت از نظر عددی برابر است با مقدار گرمای آزاد شده در هنگام احتراق کامل سوخت.

گرمای احتراق خاص معمولاً با یک حرف مشخص می شود. واحدها:

هیچ واحد اندازه گیری وجود ندارد ، زیرا احتراق سوخت در دمای تقریباً ثابت اتفاق می افتد.

گرمای احتراق خاص بصورت تجربی با استفاده از ابزارهای پیچیده تعیین می شود. با این حال ، جداول ویژه ای برای حل مشکلات وجود دارد. در زیر مقادیر گرماهای احتراق خاص برای برخی از انواع سوخت آورده شده است.

امروز مردم به شدت به سوخت وابسته هستند. گرمایش منازل ، آشپزی ، کارکرد تجهیزات و وسیله نقلیه... بیشتر سوخت های مصرفی هیدروکربن هستند. برای ارزیابی اثربخشی آنها ، از مقادیر گرمای خاص احتراق استفاده می شود. نفت سفید عملکرد نسبتاً چشمگیری دارد. به دلیل این کیفیت در موتورهای موشکی و هواپیمایی مورد استفاده قرار می گیرد.

به دلیل خاصیت آن ، از نفت سفید در موتورهای موشکی استفاده می شود

خواص ، رسید و برنامه

تاریخچه نفت سفید بیش از 2 هزار سال قدمت دارد و از زمانی شروع می شود که دانشمندان عرب با روش تقطیر روغن به اجزای منفرد روبرو شدند. هنگامی که آبراهام گزنر ، پزشک کانادایی ، روشی را برای استخراج شفاف و ایجاد و ثبت آن به طور رسمی کشف کرد مایع آتش زا از قیر و شیل روغن.

پس از حفاری اولین چاه نفت در سال 1859 نفت به ماده اولیه اصلی نفت سفید تبدیل شد. به دلیل استفاده فراگیر در لامپ ها ، برای دهه ها به عنوان یک محصول تصفیه شده اصلی در نظر گرفته شده است. فقط ظهور برق از اهمیت آن برای روشنایی کاسته است. با افزایش محبوبیت خودروها تولید نفت سفید کاهش یافت. - این شرایط به میزان قابل توجهی اهمیت بنزین به عنوان یک فرآورده نفتی را افزایش داده است. با این وجود امروزه در بسیاری از نقاط جهان از نفت سفید برای گرمایش و روشنایی استفاده می شود و سوخت جت مدرن همان محصول است اما از کیفیت بالاتری برخوردار است.

با افزایش استفاده از اتومبیل - محبوبیت نفت سفید کاهش یافته است

نفت سفید - سبک مایع شفاف، که از نظر شیمیایی مخلوط است ترکیبات آلی... ترکیب آن تا حد زیادی به مواد اولیه بستگی دارد ، اما به طور معمول ، از ده هیدروکربن مختلف تشکیل شده است که هر مولکول از 10 تا 16 اتم کربن دارد. فرار نفت سفید نسبت به بنزین کمتر است. دمای اشتعال نسبی نفت سفید و بنزین ، که در آن آنها بخارهای قابل اشتعال در نزدیکی سطح منتشر می کنند ، به ترتیب 38 و -40 درجه سانتی گراد است.

این ویژگی باعث می شود نفت سفید از نظر ذخیره ، استفاده و حمل و نقل به عنوان سوخت نسبتاً ایمن در نظر گرفته شود. بر اساس نقطه جوش (150 تا 350 درجه سانتی گراد) ، به عنوان یکی از به اصطلاح تقطیرهای میانی روغن خام طبقه بندی می شود.

نفت سفید را می توان بصورت مستقیم اجرا کرد ، یعنی از طریق تقطیر یا استفاده از روغن از روغن جدا کرد تجزیه شیمیایی کسرهای سنگین تر در نتیجه فرآیند ترک خوردگی.

خصوصیات نفت سفید به عنوان سوخت

احتراق فرآیند اکسیداسیون شدید مواد با آزاد شدن گرما است. به عنوان یک قاعده ، اکسیژن موجود در هوا در واکنش نقش دارد. در طی احتراق هیدروکربن ها ، محصولات اصلی احتراق زیر تشکیل می شوند:

  • دی اکسید کربن؛
  • بخار آب؛
  • دوده

میزان انرژی تولید شده در هنگام احتراق سوخت به نوع ، شرایط احتراق ، جرم یا حجم آن بستگی دارد. انرژی بر حسب ژول یا کالری اندازه گیری می شود. خاص (در واحد اندازه گیری مقدار ماده) مقدار کالری انرژی به دست آمده از احتراق یک واحد سوخت است:

  • مولار (به عنوان مثال ، J / mol) ؛
  • جرم (به عنوان مثال ، J / kg) ؛
  • حجمی (به عنوان مثال ، kcal / l).

در بیشتر موارد ، برای ارزیابی سوخت های گازی ، مایع و جامد ، از گرمای جرمی احتراق ، بیان شده در J / kg استفاده می شود.


وقتی کربوهیدرات ها سوزانده می شوند ، عناصر مختلفی مانند دوده تشکیل می شود

مقدار مقدار گرمایی به این بستگی دارد که آیا فرایندهای رخ داده با آب در هنگام احتراق در نظر گرفته شده اند یا خیر. تبخیر رطوبت یک فرآیند انرژی زا است، و در نظر گرفتن انتقال گرما در هنگام تراکم این بخارات نیز می تواند نتیجه را تحت تأثیر قرار دهد.

نتیجه اندازه گیری های انجام شده قبل از اینکه بخار متراکم انرژی را به سیستم برگرداند ، مقدار حرارتی خالص و مقدار بدست آمده پس از چگالش بخارات را گرمای ناخالص می نامند. موتورهای هیدروکربنی نمی توانند از انرژی اضافی بخار آب در اگزوز استفاده کنند ، بنابراین رقم خالص مربوط به تولیدکنندگان موتور است و بیشتر در کتاب های مرجع یافت می شود.

غالباً ، هنگام تعیین مقدار حرارتی ، آنها مشخص نمی کنند که منظور از کدام مقدار است که می تواند منجر به سردرگمی شود. این کمک می کند تا از دانش استفاده کنید که در فدراسیون روسیه رسم است که پایین ترین را نشان دهد.

مقدار گرمایی خالص - شاخص مهم

لازم به ذکر است که برای برخی از سوخت ها ، تقسیم به انرژی خالص و ناخالص منطقی نیست ، زیرا در هنگام احتراق آب ایجاد نمی کنند. در رابطه با نفت سفید ، این موضوع بی ربط است ، زیرا محتوای هیدروکربن در آن زیاد است. با تراکم نسبتاً کم (بین 780 کیلوگرم در متر مکعب و 810 کیلوگرم در متر مکعب) مقدار حرارتی آن مشابه سوخت دیزل است و عبارت است از:

  • کمترین - 43.1 MJ / کیلوگرم ؛
  • بالاترین - 46.2 MJ / کیلوگرم.

مقایسه با سایر سوخت ها

این شاخص برای ارزیابی مقدار احتمالی گرمای موجود در سوخت بسیار مناسب است. به عنوان مثال ، مقدار گرمایی بنزین در واحد جرم با نفت سفید قابل مقایسه است ، اما ماده اول بسیار چگال تر است. در نتیجه ، در همان مقایسه ، یک لیتر بنزین حاوی انرژی کمتری است.

گرمای خاص احتراق روغن به عنوان مخلوطی از هیدروکربن ها به چگالی آن بستگی دارد ، که برای میادین مختلف (43-46 MJ / کیلوگرم) متغیر است. روش های محاسبه اجازه می دهد تا با دقت بالا در صورت وجود داده های اولیه در مورد ترکیب آن ، این مقدار را تعیین کنید.

شاخص های متوسط \u200b\u200bبرای برخی از انواع مایعات قابل احتراق که روغن را تشکیل می دهند به این شکل است (در MJ / کیلوگرم):

  • سوخت دیزل - 42-44 ؛
  • بنزین - 43-45 ؛
  • نفت سفید - 43-44.

مقدار کالری سوخت های جامد مانند ذغال سنگ نارس و ذغال سنگ ، دبی بیشتری دارد. این به دلیل این واقعیت است که ترکیب آنها می تواند تفاوت زیادی هم در محتوای مواد غیر قابل احتراق و هم در محتوای کالری هیدروکربن ها داشته باشد. به عنوان مثال ، مقدار حرارتی پیت مدل های متفاوت، انواع مختلف، انواع متفاوت، مدل های مختلف می تواند در محدوده 8-24 MJ / کیلوگرم و زغال سنگ - 13-36 MJ / کیلوگرم نوسان کند. در میان گازهای رایج ، هیدروژن دارای ارزش حرارتی بالایی است - 120 MJ / kg. بعد از نظر گرمای ویژه احتراق ، متان (50 MJ / کیلوگرم) است.

می توانیم بگوییم نفت سفید سوختی است که دقیقاً بخاطر شدت انرژی نسبتاً زیاد آن با قیمت پایین ، امتحان کرده است. استفاده از آن نه تنها از نظر اقتصادی توجیه پذیر است ، بلکه در بعضی موارد چاره ای نیست.

اغلب اوقات ، هنگام انتخاب مقدار حرارتی سوخت در نظر گرفته می شود وسایل گرمایشی برای خانه ها و کلبه های تابستانی ، هنگام انتخاب سیستم های گرمایشی برای یک آپارتمان. این پارامتر هنگام انتخاب سیستم های سوخت برای اتومبیل ها (هنگام تغییر از سوخت مایع به گاز یا برق) نیز مهم است.

لازم به ذکر است که در حال حاضر بسیاری از سازمان های علمی ، موسسات تحقیقاتی ، آزمایشگاه ها و حتی شرکت های تخصصی در حال توسعه سیستم هایی هستند که می توانند این پارامتر را افزایش دهند و استفاده بهینه از انرژی آزاد شده در هنگام احتراق را امکان پذیر کنند. این امر معمولاً با افزایش کارایی نصب حاصل می شود.

وجود چنین پارامتری به این دلیل است که مدل های متفاوت، انواع مختلف، انواع متفاوت، مدل های مختلف تخصیص دادن مقدار متفاوت گرما (انرژی) در فرآیند احتراق ، که به ویژه برای گیاهان صنعتی و دیگهای بخار از زمان انتخاب بسیار مهم است نمای بهینه مقدار قابل توجهی از منابع مالی را در بهره برداری از تأسیسات صنعتی ذخیره می کند.

در زیر تعریف مقدار حرارتی سوخت داده خواهد شد ، این در نظر گرفته خواهد شد که گرمای احتراق ویژه سوخت چیست و مقادیر برخی از منابع انرژی (گرمای خاص احتراق چوب ، زغال سنگ ، فرآورده های نفتی) .

تحت ارزش حرارت دادن مدل های متفاوت، انواع مختلف، انواع متفاوت، مدل های مختلف منابع انرژی می فهمند که وقتی یک واحد از مواد سوختی سوزانده می شود ، چه مقدار انرژی گرمایی (کیلو کالری) تولید می شود. برای تعیین این پارامتر ، از دستگاه خاصی استفاده می شود که اصطلاحاً کالر سنج نامیده می شود. همچنین یک دستگاه دیگر وجود دارد - یک بمب گرماسنجی.

در دستگاه های اندازه گیری ، آب با یک واحد مواد سوختی گرم می شود ، در نتیجه بخار آب حاصل می شود. سپس بخار متراکم می شود و کاملاً به حالت مایع تبدیل می شود که به آن میعان گفته می شود. در این حالت بخار به طور کامل انرژی گرمایی را به دستگاه اندازه گیری می دهد. با این حال ، نقطه ضعف از جمله ابزار اندازه گیری این است که انرژی حرارتینه تمام آنچه که در هنگام احتراق سوخت ظاهر می شود. این امر به این دلیل است که مقدار انرژی گرمایی در حین تبخیر بیشتر از زمان چگالش است. این باعث می شود که اندازه گیری تمام انرژی آزاد شده غیرممکن باشد. از معایب دستگاه ها می توان به هدایت حرارتی ایده آل موادی که از آنها ساخته شده اند اشاره کرد که باعث کاهش سرعت احتراق واقعی نیز می شود. این معیارها برای تحقیقات آزمایشگاهی کاملاً مهم هستند ، اما در اندازه گیری ها برای اهداف عملی نادیده گرفته می شوند. در طی بهره برداری از کارخانه های صنعتی ، این تلفات به دلیل کارایی (نه 100٪) افزایش می یابد.

در این حالت ، شاخص های بدست آمده در بمب کالریمتری (که در آن فرایند اندازه گیری دقیق تر از کالری متر است) را بالاترین مقدار مقدار کالری مواد سوختی می نامند.

شاخص های کالری سنج کمترین گرمای احتراق سوخت است که با بالاترین مقدار 600x (9H + W) / 100 متفاوت است ، جایی که H و W مقدار هیدروژن و رطوبت موجود در یک واحد از یک ماده خاص سوخت است. لازم به یادآوری است که مطابق با استانداردهای آمریکایی ، بالاترین مقدار برای محاسبات و برای کشورهای دارای سیستم متریک ، کمترین مقدار استفاده می شود. در حال حاضر سوالی در مورد انتقال وجود دارد سیستم متریک به بالاترین شاخص ، زیرا توسط تعدادی از دانشمندان به عنوان بهینه تر شناخته شده است.

مقادیر برای انواع مختلف مواد سوختی

غالباً ، بسیاری از مردم به مقدار گرمای خاص احتراق سوخت برای نوع خاصی از حامل های انرژی علاقه مند هستند ، در حالی که اغلب افراد به مقدار گرمایی هیزم علاقه مند هستند. این امر به ویژه در اخیرازمانی که مد اجاق های کلاسیک در خانه رو به رو شد. ارزش گرمایی هیزم نژادهای مختلف چوب متفاوت است ، مقدار متوسط \u200b\u200bاغلب داده می شود. در زیر مقادیر مربوط به انواع مواد سوختی زیر آورده شده است:

  1. مقدار گرمایی هیزم (توس ، سوزنی برگ) به طور متوسط \u200b\u200b14.5-15.5 MJ / کیلوگرم است. ذغال قهوه ای همان سرعت انتقال حرارت را دارد.
  2. انتقال حرارت ذغال سنگ 22 MJ / kg است.
  3. این مقدار برای پیت از 8-15 MJ / kg است.
  4. ارزش برای بریکت های سوختی در محدوده 18.5-21 MJ / kg است.
  5. گازی که به آن تأمین می شود ساختمانهای مسکونی، دارای شاخص 45.5 MJ / kg است.
  6. برای گاز بطری (پروپان-بوتان) ، شاخص 36 MJ / کیلوگرم است.
  7. سوخت دیزل دارای شاخص 42.8 MJ / کیلوگرم است.
  8. برای مارک های مختلف مقدار بنزین از 42-45 MJ / کیلوگرم است.

مقادیر خاص

مقادیر احتراق ویژه برای تعدادی از مواد سوختی محاسبه شده است. اینها مقادیر فیزیکی هستند که میزان انرژی گرمایی تولید شده در نتیجه احتراق یک واحد را نشان می دهند. معمولاً بر حسب ژول بر کیلوگرم (یا متر مکعب) اندازه گیری می شود. در ایالات متحده ، مقادیر کالری به ازای هر کیلوگرم داده می شود. این ضرایب انتقال گرما هستند. آنها در آزمایشگاه اندازه گیری می شوند ، پس از آن داده ها در جداول خاصی وارد می شوند که در دسترس عموم است. هرچه انتقال حرارت یک منبع انرژی (گرمای حاصل از احتراق سوخت تأمین شود) بیشتر باشد ، مصرف سوخت نیز کارآمدتر است. یعنی در همان نصب با یک بازده ، مصرف سوختی که مقدار انتقال حرارت بالاتری دارد کمتر خواهد بود.

گرمای خاص احتراق سوخت تقریباً همیشه در محاسبات طراحی (هنگام طراحی استفاده می شود) تجهیزات مختلف) ، و همچنین در تعیین سیستم های گرمایشی و تجهیزات خانه ، آپارتمان ، اقامتگاه تابستانی و غیره

5. ترازوی احتراق

بیایید روشهای محاسبه تعادل گرمایی فرآیند احتراق گازهای مایع و. را در نظر بگیریم سوخت جامد... محاسبه به حل مشکلات زیر کاهش می یابد.

· تعیین گرمای احتراق (مقدار حرارتی) سوخت.

· تعیین دمای احتراق نظری.

5.1 گرمای احتراق

واکنش های شیمیایی با آزاد سازی یا جذب گرما همراه است. هنگامی که گرما آزاد می شود ، واکنش را گرمازا و هنگامی که جذب می شود ، گرماگیر نامیده می شود. تمام واکنش های احتراق گرمازا هستند و محصولات احتراق گرمازا هستند.

به گرمای آزاد شده (یا جذب شده) در طی یک واکنش شیمیایی ، گرمای واکنش گفته می شود. در واکنش های گرمازا مثبت است ، در واکنش های گرمازا منفی است. واکنش احتراق همیشه با آزاد شدن گرما همراه است. با گرمای احتراق س (J / mol) مقدار حرارتی است که در طی احتراق کامل یک مول ماده و تبدیل ماده قابل احتراق به فرآورده های احتراق کامل آزاد می شود. خال واحد اصلی SI مقدار ماده است. یک مول مقدار ماده ای است که در آن به اندازه اتم در 12 گرم ایزوتوپ کربن -12 ذرات (اتم ، مولکول و ...) وجود دارد. جرم مقدار ماده ای برابر با 1 مول (مولکولی یا توده مولی) از نظر عددی با وزن مولکولی نسبی یک ماده معین منطبق است.

به عنوان مثال ، وزن مولکولی نسبی اکسیژن (O 2) 32 است ، دی اکسید کربن (CO 2) 44 است و وزن مولکولی مربوطه M \u003d 32 g / mol و M \u003d 44 g / mol خواهد بود. بنابراین ، یک مول اکسیژن حاوی 32 گرم از این ماده است و یک مول CO2 حاوی 44 گرم دی اکسید کربن است.

که در محاسبات فنی اغلب از گرما احتراق استفاده نمی شود س، و مقدار گرمایی سوخت س(J / kg یا J / m 3). مقدار گرمایی یک ماده مقدار حرارتی است که در طی احتراق کامل 1 کیلوگرم یا 1 متر مکعب از ماده آزاد می شود. برای مایع و مواد جامد محاسبه برای 1 کیلوگرم و برای گاز - برای 1 متر 3 انجام می شود.

آگاهی از گرمای احتراق و مقدار گرمایی سوخت برای محاسبه دمای احتراق یا انفجار ، فشار هنگام انفجار ، سرعت انتشار شعله و سایر مشخصات لازم است. مقدار کالری سوخت به صورت آزمایشی یا با محاسبه تعیین می شود. در تعیین تجربی مقدار گرمایی ، جرم معینی از سوخت جامد یا مایع در یک بمب کالری متریک و در مورد سوخت گازی در یک کالری سوزانده می شود. با کمک این دستگاه ها ، گرمای کل اندازه گیری می شود س 0 ، در هنگام احتراق نمونه سوخت با جرم ساطع می شود متر... ارزش گرمایی س با فرمول پیدا می شود

رابطه بین گرمای احتراق و
ارزش گرمایی سوخت

برای ایجاد رابطه بین گرمای احتراق و مقدار حرارتی یک ماده ، لازم است که معادله واکنش شیمیایی احتراق را یادداشت کنید.

محصول احتراق کامل کربن دی اکسید کربن است:

C + O 2 → CO 2.

محصول احتراق کامل هیدروژن آب است:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O.

محصول احتراق کامل گوگرد دی اکسید گوگرد است:

S + O 2 → SO 2.

در همان زمان ، نیتروژن ، هالوژن ها و سایر عناصر غیر قابل احتراق به صورت آزاد آزاد می شوند.

ماده قابل احتراق - گاز

به عنوان مثال ، اجازه دهید مقدار کالری متان CH 4 را که گرمای احتراق برای آن است محاسبه کنیم س=882.6 .

وزن مولکولی متان را متناسب با آن تعیین کنید فرمول شیمیایی (CH 4):

M \u003d 1 ∙ 12 + 4 ∙ 1 \u003d 16 گرم در مول.

· تعریف کردن مقدار گرمایی 1 کیلوگرم متان:

با دانستن چگالی ρ \u003d 0.717 کیلوگرم در متر مکعب در شرایط عادی ، اجازه دهید حجم 1 کیلوگرم متان را پیدا کنیم:

.

· بگذارید مقدار گرمایی 1 متر مکعب متان را تعیین کنیم:

مقدار کالری هر نوع گاز قابل احتراق به روشی مشابه تعیین می شود. برای بسیاری از مواد رایج ، مقادیر گرمایی و مقادیر گرمایی با دقت بالا اندازه گیری شده اند و در منابع مرجع مربوطه ذکر شده اند. ما جدول مقادیر مقدار حرارتی برخی از مواد گازی را ارائه می دهیم (جدول 5.1). کمیت سدر این جدول در MJ / m 3 و در kcal / m 3 آورده شده است ، زیرا غالباً 1 kcal \u003d 4.1868 kJ به عنوان واحد گرما استفاده می شود.

جدول 5.1

ارزش کالری تبادل گاز سوخت های مختلف

ماده

استیلن

س

ماده قابل اشتعال - مایع یا جامد

به عنوان مثال ، اجازه دهید مقدار کالری الکل اتیل C 2 H 5 OH را که گرمای احتراق برای آن است محاسبه کنیم. س \u003d 1373.3 kJ / mol.

ما وزن مولکولی الکل اتیل را مطابق با فرمول شیمیایی آن تعیین می کنیم (C 2 H 5 OH):

M \u003d 2 ∙ 12 + 5 ∙ 1 + 1 ∙ 16 + 1 ∙ 1 \u003d 46 گرم در مول.

مقدار کالری 1 کیلوگرم الکل اتیل را تعیین کنید:

مقدار گرمایی هر نوع سوخت مایع و جامد به روشی مشابه تعیین می شود. جدول 5.2 و 5.3 مقدار گرمایی را نشان می دهد س(MJ / kg و kcal / kg) برای برخی از مواد مایع و جامد.

جدول 5.2

ارزش کالری سوخت های مایع

ماده

متیل الکل

اتانول

مازوت ، روغن

س

جدول 5.3

ارزش کالری سوخت جامد

ماده

درخت تازه است

چوب خشک

زغال سنگ قهوه ای

ذغال سنگ نارس خشک

آنتراسیت ، کک

س

فرمول مندلیف

اگر مقدار گرمایی سوخت ناشناخته باشد ، می توان آن را با استفاده از فرمول تجربی پیشنهادی D.I. محاسبه کرد. مندلیف برای انجام این کار ، شما باید ترکیب اولیه سوخت (فرمول معادل سوخت) ، یعنی درصد موجود در آن را بدانید عناصر زیر:

اکسیژن (O) ؛

هیدروژن (H) ؛

کربن (C)

گوگرد (S)

خاکستر (A) ؛

آب (W)

محصولات احتراق سوخت ها همیشه حاوی هستند بخار آب، هم به دلیل وجود رطوبت در سوخت و هم در هنگام احتراق هیدروژن تشکیل می شود. مواد زائد احتراق گیاه صنعتی را در دمای بالاتر از دمای نقطه شبنم ترک می کنند. بنابراین ، حرارتی که در هنگام تراکم بخار آب آزاد می شود نمی تواند مفید باشد و نباید در محاسبات حرارتی مورد توجه قرار گیرد.

برای محاسبه معمولاً از مقدار گرمایی خالص استفاده می شود. س سوخت ، که تلفات گرما را با بخار آب در نظر می گیرد. برای سوخت جامد و مایع ، مقدار س (MJ / kg) تقریباً با فرمول مندلیف تعیین می شود:

س=0.339+1.025+0.1085 – 0.1085 – 0.025, (5.1)

که در آن درصد (درصد وزنی) محتوای عناصر مربوطه در ترکیب سوخت در پرانتز نشان داده شده است.

این فرمول گرمای واکنش های گرمازا احتراق کربن ، هیدروژن و گوگرد را در نظر می گیرد (با علامت مثبت). اکسیژن موجود در سوخت تا حدی جایگزین اکسیژن هوا می شود ، بنابراین اصطلاح مربوطه در فرمول (5.1) با علامت منفی گرفته می شود. هنگامی که رطوبت تبخیر می شود ، گرما مصرف می شود ؛ بنابراین اصطلاح مربوط به W نیز با علامت منفی گرفته می شود.

مقایسه داده های محاسبه شده و تجربی در مورد مقدار کالری سوخت های مختلف (چوب ، ذغال سنگ نارس ، ذغال سنگ ، روغن) نشان داد که محاسبه با فرمول مندلیف (5.1) خطایی بیش از 10٪ را نشان نمی دهد.

ارزش حرارتی خالص س (MJ / m 3) گازهای قابل احتراق خشک با دقت کافی را می توان به عنوان مجموع محصولات مقدار حرارتی اجزای منفرد و درصد آنها در 1 متر مکعب سوخت گازی محاسبه کرد.

س\u003d 0.108 [Н 2] + 0.126 [СО] + 0.358 [СН 4] + 0.5 [С 2 Н 2] + 0.234 [Н 2 S] ... ، (5.2)

که در آن درصد (حجم حجم) محتوای گازهای مربوطه در مخلوط در پرانتز نشان داده شده است.

میانگین گرمایشی گاز طبیعی تقریباً 53.6 MJ / m 3 است. در گازهای قابل احتراق تولید شده به طور مصنوعی ، محتوای CH4 متان ناچیز است. اجزای اصلی قابل احتراق هیدروژن H2 و مونوکسیدکربن CO هستند. به عنوان مثال ، در گاز اجاق گاز کک ، محتوای H 2 به (60 55 55)٪ می رسد و ارزش حرارتی خالص چنین گازی به 6/17 MJ / m 3 می رسد. در گاز ژنراتور ، محتوای CO 30 ~ و H2 ~ 15 است ، در حالی که مقدار گرمایش پایین گاز ژنراتور س \u003d (5.2 ÷ 6.5) MJ / m 3. در گاز کوره بلند ، محتوای CO و H 2 کمتر است. اندازه س \u003d (4.2 4. 4.0) MJ / m 3.

بیایید مثالهایی را برای محاسبه مقدار حرارتی مواد طبق فرمول مندلیف در نظر بگیریم.

بیایید مقدار حرارتی زغال سنگ را تعیین کنیم ، ترکیب اصلی آن در جدول آورده شده است. 5.4

جدول 5.4

ترکیب اولیه ذغال سنگ

· جایگزینی که در جدول آورده شده است. داده های 5.4 در فرمول مندلیف (5.1) (نیتروژن N و خاکستر A در این فرمول وجود ندارد ، زیرا آنها مواد بی اثر هستند و در واکنش احتراق شرکت نمی کنند):

س\u003d 0.339 ∙ 37.2 + 1.025 2.6 + 0.1085 ∙ 0.6-0.1085 ∙ 12-0.025 ∙ 40 \u003d 13.04 MJ / کیلوگرم

در صورت گرم شدن 5٪ از گرمای آزاد شده در هنگام احتراق و ظرفیت گرمایی آب ، مقدار هیزم مورد نیاز برای گرم كردن 50 لیتر آب از 10 درجه سانتی گراد تا 100 درجه سانتی گراد را تعیین كنید. از جانب\u003d 1 کیلوکالری / (کیلوگرم درجه سانتیگراد) یا 4.1868 کیلوژول / (کیلوگرم درجه سانتیگراد). ترکیب اولیه هیزم در جدول آورده شده است. 5.5:

جدول 5.5

ترکیب اولیه هیزم

بگذارید مقدار گرمایی هیزم را با استفاده از فرمول مندلیف (5.1) پیدا کنیم:

س\u003d 0.339 ∙ 43 + 1.025 ∙ 7-0.1085 ∙ 41-0.025 ∙ 7 \u003d 17.12 MJ / کیلوگرم

مقدار گرمای صرف شده برای گرم کردن آب هنگام سوزاندن 1 کیلوگرم هیزم را تعیین کنید (با در نظر گرفتن این واقعیت که 5٪ گرما (a \u003d 0.05) که هنگام احتراق آزاد می شود برای گرم کردن آن مصرف می شود)

س 2 \u003d یک س\u003d 0.05 17.12 \u003d 0.86 MJ / کیلوگرم

مقدار هیزم مورد نیاز برای گرم کردن 50 لیتر آب از 10 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد را تعیین کنید:

کیلوگرم.

بنابراین ، برای گرم کردن آب حدود 22 کیلوگرم چوب لازم است.

ماده

جدول 4. گرمای خاص احتراق برخی مواد

از مقادیر داده شده ، می توان دریافت که مقدار زیادی گرما در هنگام احتراق آزاد می شود ، بنابراین از واحدهای اندازه گیری (مگاژول) و (گیگاژول) استفاده می شود.

برای محاسبه میزان گرمای آزاد شده در هنگام احتراق سوخت ، از فرمول زیر استفاده می شود:

در اینجا: جرم سوخت (کیلوگرم) ، گرمای خاص احتراق سوخت است ().

در پایان ، توجه داشته باشیم که بیشتر سوختی که بشر استفاده می کند با کمک ذخیره می شود انرژی خورشیدی... ذغال سنگ ، نفت ، گاز - همه اینها در اثر تأثیر خورشید در زمین شکل گرفته اند (شکل 4).

شکل. 4. تشکیل سوخت

در درس بعدی ، ما در مورد قانون صرفه جویی و تبدیل انرژی در فرایندهای مکانیکی و حرارتی صحبت خواهیم کرد.

لیست کنیدادبیات

  1. Gendenshtein L.E. ، Kaidalov A.B. ، Kozhevnikov V.B. / ویرایش Orlova V.A. ، Roizen I.I. فیزیک 8. - م.: منموسین.
  2. A.V. Peryshkin فیزیک 8. - م.: بوستارد ، 2010.
  3. Fadeeva A.A. ، Zasov A.V. ، Kiselev D.F. فیزیک 8. - م.: آموزش.
  1. پورتال اینترنتی "festival.1september.ru" ()
  2. پورتال اینترنتی "school.xvatit.com" ()
  3. پورتال اینترنتی "stringer46.narod.ru" ()

مشق شب



 


خواندن:



سازوکارهای دفاعی طبق نظر زیگموند فروید

سازوکارهای دفاعی طبق نظر زیگموند فروید

محافظت روانشناختی فرآیندهای ناخودآگاه است که در روان رخ می دهد ، با هدف به حداقل رساندن تأثیر تجربیات منفی ...

نامه اپیکور به هرودوت

نامه اپیکور به هرودوت

نامه ای به منکه ای (ترجمه M.L. گاسپاروف) اپیکوروس سلام خود را به منکه ای می فرستد. اجازه ندهید کسی در جوانی دنبال فلسفه برود ، اما در پیری ...

الهه یونان باستان هرا: اساطیر

الهه یونان باستان هرا: اساطیر

Khasanzyanova Aisylu Gera خلاصه ای از اسطوره Gera Ludovizi. مجسمه سازی ، قرن پنجم قبل از میلاد مسیح. هرا (در میان رومی ها - جونو) - در اساطیر یونان باستان ...

چگونه می توان مرزهای رابطه را تعیین کرد؟

چگونه می توان مرزهای رابطه را تعیین کرد؟

مهم است که یاد بگیرید بین جایی که شخصیت شما به پایان می رسد و شخصیت فرد دیگر فاصله بگذارید. اگر مشکلی دارید ...

خوراک-تصویر Rss