Machines thermiques en thermodynamique, il s'agit de moteurs thermiques et de machines frigorifiques (thermocompresseurs) fonctionnant périodiquement. Variété machines frigorifiques sont des pompes à chaleur.

Des appareils performants travail mécanique en raison de l'énergie interne du carburant, sont appelés moteurs thermiques (moteurs thermiques). Pour le fonctionnement d'un moteur thermique, les composants suivants sont nécessaires : 1) une source de chaleur avec un niveau de température plus élevé t1, 2) une source de chaleur avec un niveau de température plus bas t2, 3) un fluide de travail. En d'autres termes : tous les moteurs thermiques (moteurs thermiques) sont constitués de chauffage, réfrigérateur et fluide de travail .

Comme Fluide de travail on utilise du gaz ou de la vapeur, car ils sont bien comprimés, et selon le type de moteur, il peut y avoir du carburant (essence, kérosène), de la vapeur d'eau, etc. Le réchauffeur transfère une certaine quantité de chaleur (Q1) au fluide de travail , et son énergie interne augmente en raison de cette énergie interne, un travail mécanique est effectué (A), puis le fluide de travail cède une certaine quantité de chaleur au réfrigérateur (Q2) et est refroidi à la température initiale. Le schéma décrit représente le cycle de fonctionnement du moteur et est général dans les moteurs réels, le rôle d'un chauffage et d'un réfrigérateur peut être joué par divers appareils. L’environnement peut servir de réfrigérateur.

Étant donné que dans le moteur, une partie de l'énergie du fluide de travail est transférée au réfrigérateur, il est clair que toute l'énergie qu'il reçoit du chauffage n'est pas utilisée pour effectuer le travail. Respectivement, efficacité le moteur (rendement) est égal au rapport entre le travail effectué (A) et la quantité de chaleur qu'il reçoit du chauffage (Q1) :

Moteur à combustion interne (ICE)

Il existe deux types de moteurs combustion interne(GLACE): carburateur Et diesel. Dans un moteur à carburateur, le mélange de travail (un mélange de carburant et d'air) est préparé à l'extérieur du moteur dans appareil spécial et de là entre dans le moteur. Dans un moteur diesel, le mélange carburé est préparé dans le moteur lui-même.

La GLACE se compose de cylindre , dans lequel il se déplace piston ; il y en a dans le cylindre deux vannes , à travers l'un duquel le mélange combustible est admis dans le cylindre, et à travers l'autre, les gaz d'échappement sont évacués du cylindre. Piston utilisant mécanisme à manivelle se connecte avec vilebrequin , qui se met à tourner avec le mouvement de translation du piston. Le cylindre est fermé par un couvercle.

Faire du vélo fonctionnement du moteur à combustion interne comprend quatre barres: admission, compression, course, échappement. Lors de l'admission, le piston descend, la pression dans le cylindre diminue et un mélange combustible (dans un moteur à carburateur) ou de l'air (dans un moteur diesel) y pénètre par la soupape. La vanne est fermée à ce moment. A la fin de l'aspiration du mélange combustible, la vanne se ferme.

Au cours de la deuxième course, le piston monte, les vannes sont fermées et le mélange de travail ou l'air est comprimé. Dans le même temps, la température des gaz augmente : le mélange combustible dans un moteur à carburateur chauffe jusqu'à 300-350 °C et l'air dans un moteur diesel jusqu'à 500-600 °C. À la fin de la course de compression, une étincelle jaillit dans le moteur à carburateur et le mélange combustible s'enflamme. Dans un moteur diesel, le carburant est injecté dans le cylindre et le mélange obtenu s'enflamme spontanément.

Lorsqu'un mélange combustible est brûlé, le gaz se dilate et pousse le piston et le vilebrequin qui y est connecté, effectuant un travail mécanique. Cela provoque le refroidissement du gaz.

Lorsque le piston atteint le point le plus bas, la pression diminue. Lorsque le piston monte, la soupape s'ouvre et les gaz d'échappement sont libérés. A la fin de cette course, la vanne se ferme.

Turbine à vapeur

Turbine à vapeur Il s'agit d'un disque monté sur un arbre sur lequel sont montées les pales. La vapeur pénètre dans les pales. La vapeur chauffée à 600 °C est dirigée vers la buse et s'y dilate. Lorsque la vapeur se dilate, son énergie interne est convertie en énergie cinétique du mouvement dirigé du jet de vapeur. Un jet de vapeur provient de la tuyère sur les aubes de la turbine et leur transfère une partie de son énergie cinétique, provoquant la rotation de la turbine. Généralement, les turbines comportent plusieurs disques, chacun transférant une partie de l'énergie de la vapeur. La rotation du disque est transmise à un arbre auquel est connecté un générateur de courant électrique.

Lorsque différents combustibles de même masse sont brûlés, ils libèrent différentes quantités chaleur. Par exemple, il est bien connu que le gaz naturel est un combustible plus économe en énergie que le bois. Cela signifie que pour obtenir la même quantité de chaleur, la masse de bois à brûler doit être nettement supérieure à la masse de gaz naturel. Par conséquent, différents types de combustibles d'un point de vue énergétique sont caractérisés par une quantité appelée chaleur spécifique de combustion du carburant .

Chaleur spécifique de combustion du carburant - quantité physique, montrant la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un carburant pesant 1 kg.

Les substances d'origine organique comprennent les combustibles qui, lorsqu'ils sont brûlés, libèrent une certaine quantité d'énergie thermique. La production de chaleur doit être caractérisée haute efficacité et l'absence d'effets secondaires, notamment de substances nocives pour la santé humaine et l'environnement.

Pour faciliter le chargement dans le foyer matériau en bois coupé en éléments individuels jusqu'à 30 cm de long. Pour augmenter l'efficacité de leur utilisation, le bois de chauffage doit être aussi sec que possible et le processus de combustion doit être relativement lent. À bien des égards, le bois provenant de feuillus tels que le chêne et le bouleau, le noisetier, le frêne et l'aubépine conviennent au chauffage des locaux. En raison de la teneur élevée en résine, de la vitesse de combustion accrue et du faible pouvoir calorifique Arbres de conifèresà cet égard, ils sont nettement inférieurs.

Il faut comprendre que la valeur du pouvoir calorifique est affectée par la densité du bois.

Ce matériau naturel d'origine végétale, extraite de roches sédimentaires.

Sous cette forme combustible solide contiennent du carbone et d'autres éléments chimiques. Il existe une division du matériau en types en fonction de son âge. Le lignite est considéré comme le plus jeune, suivi du houille, et l'anthracite est plus ancienne que tous les autres types. L’âge d’un combustible détermine également son taux d’humidité, plus présent dans les matériaux jeunes.

Lors de la combustion du charbon, une pollution de l'environnement se produit et des scories se forment sur les grilles des chaudières, ce qui crée, dans une certaine mesure, un obstacle à la combustion. combustion normale. La présence de soufre dans le matériau est également un facteur défavorable pour l'atmosphère, puisque dans l'air cet élément se transforme en acide sulfurique.

Toutefois, les consommateurs ne doivent pas craindre pour leur santé. Les fabricants de ce matériau, prenant soin des clients privés, s'efforcent d'en réduire la teneur en soufre. Le pouvoir calorifique du charbon peut varier même au sein d’un même type. La différence dépend des caractéristiques de la sous-espèce et de sa teneur en minéraux, ainsi que de la géographie de production. Comme combustible solide, on trouve non seulement du charbon pur, mais aussi des scories de charbon faiblement enrichies, pressées en briquettes.

Les pellets (granulés de combustible) sont des combustibles solides créés industriellement issus du bois et des déchets végétaux : copeaux, écorces, carton, paille.

La matière première, broyée en poussière, est séchée et versée dans un granulateur, d'où elle sort sous forme de granulés d'une certaine forme. Pour ajouter de la viscosité à la masse, un polymère végétal, la lignine, est utilisé. La complexité du processus de production et forte demande déterminer le coût des pellets. Le matériau est utilisé dans des chaudières spécialement équipées.

Les types de carburant sont déterminés en fonction du matériau à partir duquel ils sont traités :

• bois rond d'arbres de toutes essences;
• paille;
• tourbe;
• coque de tournesol.

Parmi les avantages des pellets combustibles, il convient de noter les qualités suivantes :

• respect de l'environnement;
• incapacité à se déformer et résistance aux champignons;
• rangement facile même à l'extérieur ;
• uniformité et durée de combustion;
• coût relativement faible;
• Possibilité d'utilisation pour divers appareils de chauffage;
• taille de granulés appropriée pour téléchargement automatique dans une chaudière spécialement équipée.

Briquettes

Les briquettes sont des combustibles solides qui ressemblent à bien des égards aux pellets. Pour leur fabrication, des matériaux identiques sont utilisés : copeaux de bois, copeaux, tourbe, cosses et paille. Au cours du processus de production, les matières premières sont broyées et transformées en briquettes par compression. Ce matériau est également un carburant respectueux de l’environnement. Il est pratique de stocker même sur en plein air. Une combustion douce, uniforme et lente de ce combustible peut être observée aussi bien dans les cheminées et poêles que dans les chaudières de chauffage.

Les types de combustibles solides respectueux de l’environnement évoqués ci-dessus constituent une bonne alternative pour générer de la chaleur. Par rapport aux sources fossiles d'énergie thermique, qui ont un effet défavorable sur la combustion environnement et, en outre, étant non renouvelables, les carburants alternatifs présentent des avantages évidents et un coût relativement faible, ce qui est important pour certaines catégories de consommateurs.

Dans le même temps, le risque d’incendie de ces combustibles est beaucoup plus élevé. Il est donc nécessaire de prendre certaines mesures de sécurité concernant leur stockage et l’utilisation de matériaux résistants au feu pour les murs.

Combustibles liquides et gazeux

Quant aux substances inflammables liquides et gazeuses, la situation est ici la suivante.

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La quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète de 1 kg de carburant. La chaleur spécifique de combustion du carburant est déterminée expérimentalement et est la caractéristique la plus importante carburant. Voir aussi : Fuel Financial Dictionary Finam... Dictionnaire financier

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Chaleur spécifique de combustion de tourbe par bombe- 122. Chaleur spécifique de combustion de la tourbe par bombe Chaleur de combustion plus élevée de la tourbe prenant en compte la chaleur de formation et de dissolution des acides sulfurique et nitrique dans l'eau Source : GOST 21123 85 : Tourbe. Termes et définitions document original... Dictionnaire-ouvrage de référence des termes de la documentation normative et technique

chaleur spécifique de combustion du carburant- 35 chaleur spécifique de combustion du carburant : quantité totale d'énergie libérée dans des conditions de combustion de carburant spécifiées. Source : GOST R 53905 2010 : Économie d'énergie. Termes et définitions document original... Dictionnaire-ouvrage de référence des termes de la documentation normative et technique

Il s'agit de la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète de la masse (pour les solides et substances liquides) ou unités volumétriques (pour les gazeux) d'une substance. Mesuré en joules ou en calories. Chaleur de combustion par unité de masse ou de volume de carburant, ... ... Wikipédia

Encyclopédie moderne

Chaleur de combustion- (chaleur de combustion, teneur en calories), la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète du carburant. Il existe des chaleurs spécifiques de combustion, des chaleurs volumétriques, etc. Par exemple, la chaleur spécifique de combustion du charbon est de 28 à 34 MJ/kg, celle de l'essence est d'environ 44 MJ/kg ; volumétrique... ... Dictionnaire encyclopédique illustré

Chaleur spécifique de combustion du carburant- Chaleur spécifique de combustion d'un combustible : la quantité totale d'énergie libérée dans des conditions de combustion spécifiées...

Différents types de combustibles (solides, liquides et gazeux) se caractérisent par des propriétés générales et spécifiques. À les propriétés générales les combustibles incluent la chaleur spécifique de combustion et l'humidité ; les combustibles spécifiques incluent la teneur en cendres, la teneur en soufre (teneur en soufre), la densité, la viscosité et d'autres propriétés.

La chaleur spécifique de combustion du combustible est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète de \(1\) kg de solide ou carburant liquide ou \(1\) m³ de combustible gazeux.

La valeur énergétique d'un combustible est principalement déterminée par sa chaleur spécifique de combustion.

La chaleur spécifique de combustion est désignée par la lettre \(q\). Unité chaleur spécifique la combustion est de \(1\) J/kg pour les combustibles solides et liquides et de \(1\) J/m³ pour les combustibles gazeux.

La chaleur spécifique de combustion est déterminée expérimentalement à l'aide de méthodes assez complexes.

Tableau 2. Chaleur spécifique de combustion de certains types de combustibles.

Combustible solide

Carburant liquide

Carburant gazeux

(sous des conditions normales)

De ce tableau, il ressort clairement que la chaleur spécifique de combustion de l'hydrogène est la plus élevée, elle est égale à \(120\) MJ/m³. Cela signifie qu'avec la combustion complète de l'hydrogène d'un volume de \(1\) m³, \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J d'énergie est libérée.

L'hydrogène fait partie des carburants à haute énergie. De plus, le produit de la combustion de l'hydrogène est de l'eau ordinaire, contrairement à d'autres types de combustibles, où les produits de combustion sont du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone, des cendres et des scories de four. Cela fait de l’hydrogène le carburant le plus respectueux de l’environnement.

Cependant, l’hydrogène gazeux est explosif. De plus, il a la densité la plus faible par rapport aux autres gaz à même température et pression, ce qui crée des difficultés lors de la liquéfaction de l'hydrogène et de son transport.

La quantité totale de chaleur \(Q\) dégagée lors de la combustion complète de \(m\) kg de combustible solide ou liquide est calculée par la formule :

La quantité totale de chaleur \(Q\) dégagée lors de la combustion complète de \(V\) m³ de combustible gazeux est calculée par la formule :

L'humidité (teneur en humidité) du carburant réduit son pouvoir calorifique, à mesure que la consommation de chaleur pour l'évaporation de l'humidité augmente et que le volume des produits de combustion augmente (en raison de la présence de vapeur d'eau).
La teneur en cendres est la quantité de cendres formées lors de la combustion des minéraux contenus dans le carburant. Les substances minérales contenues dans le carburant réduisent son pouvoir calorifique, car la teneur en composants combustibles diminue (la raison principale) et la consommation de chaleur pour chauffer et faire fondre la masse minérale augmente.
La teneur en soufre (teneur en soufre) fait référence à un facteur négatif dans le carburant, car sa combustion produit des gaz de dioxyde de soufre qui polluent l'atmosphère et détruisent le métal. De plus, le soufre contenu dans le combustible passe partiellement dans le métal fondu et le verre fondu, réduisant ainsi leur qualité. Par exemple, pour faire fondre des verres cristallins, optiques et autres, vous ne pouvez pas utiliser de combustible contenant du soufre, car le soufre réduit considérablement les propriétés optiques et la couleur du verre.

Tout combustible, lorsqu'il est brûlé, libère de la chaleur (énergie), quantifiée en joules ou en calories (4,3 J = 1 cal). En pratique, pour mesurer la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du carburant, ils utilisent des calorimètres - des appareils de laboratoire complexes. La chaleur de combustion est également appelée pouvoir calorifique.

La quantité de chaleur obtenue en brûlant du combustible ne dépend pas seulement de sa Valeur calorifique, mais aussi de la masse.

Pour comparer les substances en fonction de la quantité d'énergie libérée lors de la combustion, la valeur de la chaleur spécifique de combustion est plus pratique. Il indique la quantité de chaleur générée lors de la combustion d'un kilogramme (chaleur spécifique de combustion massique) ou d'un litre ou d'un mètre cube (chaleur spécifique de combustion volumique) de carburant.

Les unités de chaleur spécifique de combustion du carburant acceptées dans le système SI sont kcal/kg, MJ/kg, kcal/m³, MJ/m³, ainsi que leurs dérivés.

La valeur énergétique du carburant est déterminée précisément par la valeur de sa chaleur spécifique de combustion. La relation entre la quantité de chaleur générée lors de la combustion du carburant, sa masse et la chaleur spécifique de combustion est exprimée par une formule simple :

Q = qm, où Q est la quantité de chaleur en J, q est la chaleur spécifique de combustion en J/kg, m est la masse de la substance en kg.

Pour tous les types de carburant et la plupart des substances combustibles, les valeurs de la chaleur spécifique de combustion ont longtemps été déterminées et compilées dans des tableaux qui sont utilisés par les spécialistes pour calculer la chaleur dégagée lors de la combustion de carburant ou d'autres matériaux. Il peut y avoir de légères divergences entre les différents tableaux, qui s'expliquent évidemment par des techniques de mesure légèrement différentes ou des valeurs calorifiques différentes de matériaux combustibles similaires extraits de différents gisements.

Le charbon a l'intensité énergétique la plus élevée parmi les combustibles solides - 27 MJ/kg (anthracite - 28 MJ/kg). A des indicateurs similaires charbon(27 MJ/kg). Le lignite a un pouvoir calorifique beaucoup plus faible – 13 MJ/kg. Il contient également généralement beaucoup d'humidité (jusqu'à 60 %), qui, une fois évaporée, réduit la chaleur totale de combustion.

La tourbe brûle avec une chaleur de 14 à 17 MJ/kg (selon son état - émiettée, pressée, briquette). Le bois de chauffage séché à 20% d'humidité dégage de 8 à 15 MJ/kg. Dans le même temps, la quantité d'énergie reçue du tremble et du bouleau peut varier presque deux fois. Environ les mêmes indicateurs sont donnés par les pellets de différents matériaux- de 14 à 18 MJ/kg.

Beaucoup moins que les solides, ils diffèrent par la chaleur spécifique de combustion types de liquides carburant. Ainsi, la chaleur spécifique de combustion du carburant diesel est de 43 MJ/l, de l'essence - 44 MJ/l, du kérosène - 43,5 MJ/l, du fioul - 40,6 MJ/l.

La chaleur spécifique de combustion du gaz naturel est de 33,5 MJ/m³, celle du propane de 45 MJ/m³. Le combustible gazeux le plus énergivore est l’hydrogène gazeux (120 MJ/m³). Son utilisation comme carburant est très prometteuse, mais n'a pas encore été trouvée. options optimales son stockage et son transport.

Comparaison de l'intensité énergétique de différents types de carburant

En comparant la valeur énergétique des principaux types de combustibles solides, liquides et gazeux, on peut établir qu'un litre d'essence ou de carburant diesel correspond à 1,3 m³ de gaz naturel, un kilogramme de charbon - 0,8 m³ de gaz, un kg de bois de chauffage - 0,4 m³ de gaz.

La chaleur de combustion d'un carburant est l'indicateur le plus important efficacité, mais l'étendue de sa répartition dans les domaines de l'activité humaine dépend de capacités techniques et indicateurs économiques d’utilisation.