Ceea ce caracterizează căldura specifică de ardere. Caracteristici ale puterii calorice a diferitelor tipuri de combustibil

Mașini termiceîn termodinamică - acestea acționează periodic motoare termiceși mașini frigorifice (termocompresoare). Un tip de mașină de refrigerare este pompa de căldură.

Sunt numite dispozitive care efectuează lucrări mecanice folosind energia internă a combustibilului motoare termice (motoare termice). Pentru funcționarea unui motor termic sunt necesare următoarele componente: 1) o sursă de căldură cu un nivel de temperatură mai ridicat t1, 2) o sursă de căldură cu un nivel de temperatură mai scăzut t2, 3) un fluid de lucru. Cu alte cuvinte: toate motoarele termice (motoarele termice) constau în încălzitor, frigider și lichid de lucru .

Ca fluid de lucru se folosesc gaz sau abur, deoarece sunt bine comprimate și, în funcție de tipul de motor, poate exista combustibil (benzină, kerosen), vapori de apă etc. Încălzitorul transferă o anumită cantitate de căldură (Q1) fluidului de lucru , iar energia sa internă crește datorită acestei energii interne, se efectuează un lucru mecanic (A), apoi fluidul de lucru degajă o anumită cantitate de căldură către frigider (Q2) și este răcit la temperatura inițială. Diagrama descrisă reprezintă ciclul de funcționare a motorului și este generală în motoarele reale, rolul unui încălzitor și al unui frigider poate fi îndeplinit de diverse dispozitive. Mediul poate servi drept frigider.

Deoarece în motor o parte a energiei fluidului de lucru este transferată la frigider, este clar că nu toată energia pe care o primește de la încălzitor este folosită pentru a efectua lucrări. Respectiv, eficienţă motorul (eficiența) este egală cu raportul dintre munca efectuată (A) și cantitatea de căldură pe care o primește de la încălzitor (Q1):

Motor cu ardere internă (ICE)

Există două tipuri de motoare cu ardere internă (ICE): carburatorŞi diesel. Într-un motor cu carburator, amestecul de lucru (un amestec de combustibil și aer) este pregătit în afara motorului într-un dispozitiv special și din acesta intră în motor. ÎN motor diesel amestecul combustibil se prepară în motorul propriu-zis.

ICE constă din cilindru , în care se mișcă piston ; sunt în cilindru două supape , printr-unul dintre care amestecul combustibil este admis în cilindru, iar prin celălalt se evacuează gazele de evacuare din cilindru. Utilizarea pistonului mecanism manivelă se conectează cu arborele cotit , care începe să se rotească odată cu mișcarea de translație a pistonului. Cilindrul este închis cu un capac.

Ciclul de funcționare a motorului cu ardere internă include patru bare: admisie, compresie, cursa, evacuare. În timpul admisiei, pistonul se mișcă în jos, presiunea în cilindru scade și un amestec combustibil (într-un motor cu carburator) sau aer (într-un motor diesel) intră în el prin supapă. Supapa este închisă în acest moment. La sfârșitul admisiei amestecului combustibil, supapa se închide.

În timpul celei de-a doua curse, pistonul se mișcă în sus, supapele sunt închise și amestecul de lucru sau aerul este comprimat. În același timp, temperatura gazului crește: amestecul combustibil dintr-un motor cu carburator se încălzește până la 300-350 °C, iar aerul dintr-un motor diesel - până la 500-600 °C. La sfârșitul cursei de compresie, o scânteie sare în motorul carburatorului și amestecul combustibil se aprinde. Într-un motor diesel, combustibilul este injectat în cilindru și amestecul rezultat se aprinde spontan.

Când un amestec combustibil este ars, gazul se extinde și împinge pistonul și arborele cotit conectat la acesta, efectuând lucrări mecanice. Acest lucru face ca gazul să se răcească.

Când pistonul atinge punctul cel mai de jos, presiunea din el va scădea. Când pistonul se mișcă în sus, supapa se deschide și gazele de eșapament sunt eliberate. La sfârșitul acestei curse supapa se închide.

Turbină cu abur

Turbină cu abur Este un disc montat pe un arbore pe care sunt montate lamele. Aburul intră în lame. Aburul încălzit la 600 °C este direcționat în duză și se extinde în ea. Când aburul se extinde, energia sa internă este transformată în energie cinetică a mișcării direcționate a jetului de abur. Un jet de abur vine de la duză pe paletele turbinei și transferă o parte din energia sa cinetică către acestea, determinând turbina să se rotească. De obicei, turbinele au mai multe discuri, fiecare transferând o parte din energia aburului. Rotația discului este transmisă unui arbore la care este conectat un generator de curent electric.

Când se ard combustibili diferiți de aceeași masă, se eliberează cantități diferite de căldură. De exemplu, este bine cunoscut faptul că gazul natural este un combustibil eficient din punct de vedere energetic decât lemnul. Aceasta înseamnă că pentru a obține aceeași cantitate de căldură, masa de lemn de foc care trebuie ars trebuie să fie semnificativ mai mare decât masa gaz natural. In consecinta, diferite tipuri de combustibil din punct de vedere energetic sunt caracterizate printr-o cantitate numita căldura specifică de ardere a combustibilului .

Căldura specifică de ardere a combustibilului - mărime fizică, care arată cât de multă căldură este eliberată în timpul arderii complete a combustibilului cu o greutate de 1 kg.

Astăzi oamenii sunt extrem de dependenți de combustibil. Încălzirea locuințelor, gătit, funcționarea echipamentelor și vehicule. Majoritatea combustibililor utilizați sunt hidrocarburi. Pentru a evalua eficiența acestora, se folosesc valori specifice de căldură de ardere. Kerosenul are un indicator relativ impresionant. Datorită acestei calități, este utilizat în motoarele de rachete și avioane.

Datorită proprietăților sale, kerosenul este utilizat în motoarele de rachete

Proprietăți, producție și aplicare

Istoria kerosenului datează de mai bine de 2 mii de ani și începe atunci când oamenii de știință arabi au venit cu o metodă de distilare a uleiului în componente individuale. A fost descoperit oficial în 1853, când medicul canadian Abraham Gesner a dezvoltat și brevetat o metodă de extragere a unui lichid inflamabil limpede din bitum și șisturi bituminoase.

După găurirea primei puțul de petrolîn 1859, uleiul a devenit principala materie primă pentru kerosen. Datorită utilizării pe scară largă în lămpi, a fost considerat timp de zeci de ani un produs major al rafinării petrolului. Doar apariția electricității i-a redus importanța pentru iluminat. Producția de kerosen a scăzut, de asemenea, pe măsură ce automobilele au devenit mai populare.- această împrejurare a crescut semnificativ importanța benzinei ca produs petrolier. Cu toate acestea, astăzi, în multe părți ale lumii, kerosenul este folosit pentru încălzire și iluminat, iar combustibilul modern pentru avioane este același produs, dar de o calitate superioară.

Odată cu creșterea utilizării mașinilor, popularitatea kerosenului a scăzut

Kerosenul este un lichid transparent ușor, din punct de vedere chimic un amestec de compuși organici. Compoziția sa depinde în mare măsură de materia primă, dar, de regulă, constă dintr-o duzină de hidrocarburi diferite, fiecare moleculă conținând de la 10 la 16 atomi de carbon. Kerosenul este mai puțin volatil decât benzina. Temperaturile comparative de ardere ale kerosenului și benzinei, la care emit vapori inflamabili în apropierea suprafeței, sunt de 38, respectiv -40°C.

Această proprietate ne permite să considerăm kerosenul drept un combustibil relativ sigur din punct de vedere al depozitării, utilizării și transportului. Pe baza punctului său de fierbere (150 până la 350 ° C), este clasificat ca unul dintre așa-numitele distilate medii de țiței.

Kerosenul poate fi obținut pur și simplu, adică separat fizic de ulei, prin distilare sau prin descompunerea chimică a fracțiilor mai grele ca rezultat al procesului de cracare.

Caracteristicile kerosenului ca combustibil

Arderea este procesul de oxidare violentă a substanțelor cu degajare de căldură. De regulă, reacția implică oxigenul conținut în aer. În timpul arderii hidrocarburilor se formează următoarele produse principale de ardere:

• dioxid de carbon;
• vapori de apă;
• funingine.

Cantitatea de energie generată în timpul arderii combustibilului depinde de tipul acestuia, de condițiile de ardere, de masă sau de volum. Energia se măsoară în jouli sau calorii. Specific (pe unitate de măsură a cantității de substanță) Puterea calorică este energia obținută prin arderea unei unități de combustibil:

• molar (de exemplu, J/mol);
• masa (de exemplu, J/kg);
• volumetrice (de exemplu, kcal/l).

În majoritatea cazurilor, pentru evaluarea combustibililor gazoși, lichizi și solizi, aceștia funcționează cu indicatorul puterii calorice masice, exprimat în J/kg.

Valoarea căldurii de ardere va depinde dacă procesele care au loc cu apa în timpul arderii au fost luate în considerare. Evaporarea umezelii este un proces consumator de energie, iar luarea în considerare a transferului de căldură în timpul condensării acestor vapori poate afecta și rezultatul.

Rezultatul măsurătorilor efectuate înainte ca aburul condensat să returneze energie sistemului se numește putere calorică inferioară, iar valoarea obținută după condensarea vaporilor se numește căldură mai mare. Motoarele cu hidrocarburi nu pot folosi energia suplimentară a vaporilor de apă din evacuare, astfel încât indicatorul net este relevant pentru producătorii de motoare și se găsește mai des în cărțile de referință.

Adesea, atunci când se indică puterea calorică, nu se specifică care dintre cantități se referă, ceea ce poate duce la confuzie. Ajută să știi că în Federația Rusă este tradițional să se indice pe cel inferior.

Putere calorica mai mica - indicator important

Trebuie remarcat faptul că pentru unii combustibili împărțirea în energie netă și brută nu are sens, deoarece nu produc apă în timpul arderii. Acest lucru nu este relevant pentru kerosen, deoarece conținutul său de hidrocarburi este ridicat. Cu o densitate relativ scăzută (între 780 kg/m³ și 810 kg/m³) puterea sa calorică este similară cu cea a motorinei și este:

• cel mai mic - 43,1 MJ/kg;
• cel mai mare - 46,2 MJ/kg.

Comparație cu alte tipuri de combustibil

Indicatorul luat în considerare este foarte convenabil pentru evaluarea cantității potențiale de căldură conținută în combustibil. De exemplu, puterea calorică a benzinei pe unitatea de masă este comparabilă cu cea a kerosenului, dar prima este mult mai densă. În consecință, în aceeași comparație, un litru de benzină conține mai puțină energie.

Căldura specifică de ardere a uleiului ca amestec de hidrocarburi depinde de densitatea acestuia, care este variabilă pentru diferite câmpuri (43-46 MJ/kg). Metodele de calcul fac posibilă determinarea acestei valori cu o precizie ridicată dacă există date inițiale despre compoziția sa.

Indicatorii medii pentru unele tipuri de lichide inflamabile care alcătuiesc uleiul arată astfel (în MJ/kg):

• motorină - 42-44;
• benzină - 43-45;
• kerosen - 43-44.

Conținutul caloric al combustibililor solizi, cum ar fi turba și cărbunele, are o gamă mai mare. Acest lucru se datorează faptului că compoziția lor poate varia foarte mult atât în ​​ceea ce privește conținutul de substanțe incombustibile, cât și în conținutul caloric al hidrocarburilor. De exemplu, puterea calorică a diferitelor tipuri de turbă poate varia între 8-24 MJ/kg și cărbune- 13-36 MJ/kg. Dintre gazele comune, hidrogenul are o putere calorică ridicată - 120 MJ/kg. Următoarea căldură specifică de ardere cea mai mare este metanul (50 MJ/kg).

Putem spune că kerosenul este un combustibil care a trecut testul timpului tocmai datorită intensității sale energetice relativ ridicate la un preț scăzut. Utilizarea sa nu este doar justificată din punct de vedere economic, dar în unele cazuri nu există nicio alternativă.

În această lecție vom învăța cum să calculăm cantitatea de căldură pe care o eliberează combustibilul în timpul arderii. În plus, vom lua în considerare caracteristicile combustibilului - căldura specifică de ardere.

Deoarece întreaga noastră viață se bazează pe mișcare, iar mișcarea se bazează în mare parte pe arderea combustibilului, studierea acestui subiect este foarte importantă pentru înțelegerea subiectului „Fenomene termice”.

După ce am studiat problemele legate de cantitatea de căldură și capacitatea de căldură specifică, să trecem la considerare cantitatea de căldură degajată la arderea combustibilului.

Definiţie

Combustibil- o substanta care produce caldura in unele procese (combustie, reactii nucleare). Este o sursă de energie.

Combustibilul se întâmplă solide, lichide și gazoase(Fig. 1).

Orez. 1. Tipuri de combustibil

• Combustibilii solizi includ cărbune și turbă.
• Combustibilii lichizi includ petrol, benzină și alte produse petroliere.
• Combustibilii gazoși includ gaz natural.
• Separat, putem evidenția cele foarte frecvente recent combustibil nuclear.

Arderea combustibilului este un proces chimic oxidativ. În timpul arderii, atomii de carbon se combină cu atomii de oxigen pentru a forma molecule. Ca urmare a acestui fapt, este eliberată energie, pe care o persoană o folosește în propriile scopuri (Fig. 2).

Orez. 2. Formarea dioxidului de carbon

Pentru a caracteriza combustibilul, se utilizează următoarea caracteristică: putere calorica. Puterea calorică arată cât de multă căldură este eliberată în timpul arderii combustibilului (Fig. 3). În fizică, puterea calorică corespunde conceptului căldura specifică de ardere a unei substanţe.

Orez. 3. Căldura specifică de ardere

Definiţie

Căldura specifică de ardere- o cantitate fizică care caracterizează combustibilul este numeric egală cu cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a combustibilului.

Căldura specifică de ardere este de obicei indicată cu litera . Unități de măsură:

Nu există o unitate de măsură, deoarece arderea combustibilului are loc la o temperatură aproape constantă.

Căldura specifică de ardere este determinată experimental folosind instrumente sofisticate. Cu toate acestea, există tabele speciale pentru rezolvarea problemelor. Mai jos vă prezentăm valorile căldurii specifice de ardere pentru unele tipuri de combustibil.

Tabelul 4. Căldura specifică de ardere a unor substanţe

Din valorile date este clar că în timpul arderii se eliberează o cantitate uriașă de căldură, astfel încât se folosesc unitățile de măsură (megajouli) și (gigajulii).

Pentru a calcula cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului, se utilizează următoarea formulă:

Aici: - masa combustibilului (kg), - căldura specifică de ardere a combustibilului ().

În concluzie, remarcăm că cea mai mare parte a combustibilului folosit de umanitate este stocată folosind energia solară. Cărbune, petrol, gaz - toate acestea s-au format pe Pământ datorită influenței Soarelui (Fig. 4).

Orez. 4. Formarea combustibilului

În lecția următoare vom vorbi despre legea conservării și transformării energiei în procese mecanice și termice.

Listăliteratură

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizica 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizica 8. - M.: Butard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizica 8. - M.: Iluminismul.

1. Portalul de internet „festival.1september.ru” ()
2. Portalul de internet „school.xvatit.com” ()
3. Portalul de internet „stringer46.narod.ru” ()

Teme pentru acasă

Diferite tipuri de combustibil (solid, lichid și gazos) se caracterizează prin proprietăți generale și specifice. Proprietățile generale ale combustibilului includ căldura specifică de ardere și umiditatea, proprietățile specifice includ conținutul de cenușă, conținutul de sulf (conținutul de sulf), densitatea, vâscozitatea și alte proprietăți.

Căldura specifică de ardere a unui combustibil este cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a \(1\) kg de combustibil solid sau lichid sau a \(1\) m³ de combustibil gazos.

Valoarea energetică a unui combustibil este determinată în primul rând de căldura sa specifică de ardere.

Căldura specifică de ardere este notată cu litera \(q\). Unitatea de căldură specifică de ardere este \(1\) J/kg pentru combustibilii solizi și lichizi și \(1\) J/m³ pentru combustibilii gazoși.

Căldura specifică de ardere este determinată experimental folosind metode destul de complexe.

Tabelul 2. Căldura specifică de ardere a unor tipuri de combustibil.

Combustibil solid

Combustibil lichid

Combustibil gazos

(in conditii normale)

Din acest tabel este clar că căldura specifică de ardere a hidrogenului este cea mai mare, este egală cu \(120\) MJ/m³. Aceasta înseamnă că odată cu arderea completă a hidrogenului cu un volum de \(1\) m³, se eliberează \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J de energie.

Hidrogenul este unul dintre combustibilii cu o mare energie. În plus, produsul arderii hidrogenului este apa obișnuită, spre deosebire de alte tipuri de combustibil, unde produsele de ardere sunt dioxid de carbon și monoxid de carbon, cenușă și zgură de cuptor. Acest lucru face ca hidrogenul să fie cel mai ecologic combustibil.

Cu toate acestea, hidrogenul gazos este exploziv. În plus, are cea mai mică densitate în comparație cu alte gaze la aceeași temperatură și presiune, ceea ce creează dificultăți cu lichefierea hidrogenului și transportul acestuia.

Cantitatea totală de căldură \(Q\) eliberată în timpul arderii complete a \(m\) kg de combustibil solid sau lichid se calculează prin formula:

Cantitatea totală de căldură \(Q\) eliberată în timpul arderii complete a \(V\) m³ de combustibil gazos se calculează prin formula:

Umiditatea (conținutul de umiditate) al combustibilului își reduce puterea calorică, pe măsură ce consumul de căldură pentru evaporarea umidității crește și volumul produselor de ardere crește (datorită prezenței vaporilor de apă).
Conținutul de cenușă este cantitatea de cenușă formată în timpul arderii mineralelor conținute în combustibil. Substanțele minerale conținute în combustibil reduc puterea calorică a acestuia, deoarece conținutul de componente combustibile scade (motivul principal), iar consumul de căldură pentru încălzirea și topirea masei minerale crește.
Conținutul de sulf (conținutul de sulf) se referă la un factor negativ al combustibilului, deoarece arderea acestuia produce gaze de dioxid de sulf care poluează atmosfera și distrug metalul. În plus, sulful conținut în combustibil trece parțial în metalul topit și în topitura de sticlă sudată, reducând calitatea acestora. De exemplu, pentru topirea cristalelor, a sticlelor optice și a altor sticle, nu puteți folosi combustibil care conține sulf, deoarece sulful reduce semnificativ proprietățile optice și culoarea sticlei.

căldură specifică de ardere- capacitate termică specifică - Subiecte industria petrolului și gazelor Sinonime capacitate termică specifică EN căldură specifică ...

Cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a 1 kg de combustibil. Căldura specifică de ardere a combustibilului este determinată experimental și este cea mai importantă caracteristică a combustibilului. Vezi și: Dicționar financiar de combustibil Finam... Dicţionar financiar

căldura specifică de ardere a turbei prin bombă- Caldura mai mare de ardere a turbei, tinand cont de caldura de formare si dizolvare a acizilor sulfuric si azotic in apa. [GOST 21123 85] Inadmisibil, nerecomandat puterea calorică a turbei pentru o bombă Subiecte turbă Termeni generali proprietățile turbei EN ... ... Ghidul tehnic al traducătorului

căldură specifică de ardere (combustibil)- 3.1.19 căldură specifică de ardere (combustibil): cantitatea totală de energie eliberată în condiții reglementate de ardere a combustibilului. Sursa…

Căldura specifică de ardere a turbei prin bombă- 122. Căldura specifică de ardere a turbei prin bombă Căldura mai mare de ardere a turbei ținând cont de căldura de formare și dizolvare a acizilor sulfuric și azotic în apă Sursa: GOST 21123 85: Turbă. Termeni și definiții document original... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

căldura specifică de ardere a combustibilului- 35 căldură specifică de ardere a combustibilului: cantitatea totală de energie eliberată în condiții specificate de ardere a combustibilului. Sursa: GOST R 53905 2010: Economie de energie. Termeni și definiții document original... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

Aceasta este cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei unități de masă (pentru substanțe solide și lichide) sau volumetrică (pentru gazoase) a unei substanțe. Măsurat în jouli sau calorii. Căldura de ardere pe unitate de masă sau volum de combustibil, ... ... Wikipedia

Enciclopedie modernă

Căldura de ardere- (caldura de ardere, continut caloric), cantitatea de caldura degajata in timpul arderii complete a combustibilului. Există călduri specifice de ardere, călduri volumetrice etc. De exemplu, căldura specifică de ardere a cărbunelui este de 28 34 MJ/kg, benzina este de aproximativ 44 MJ/kg; volumetric...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

Căldura specifică de ardere a combustibilului- Căldura specifică de ardere a unui combustibil: cantitatea totală de energie eliberată în condiții de ardere specificate...