удельная теплота сгорания топлива что такое

Удельная теплота сгорания топлива

Для каждой категории горючего предусмотрен набор общих и уникальных свойств. В общую категорию входит удельная теплота сгорания топлива и уровень влажности, в то время как уникальные (специфические) свойства – это вязкость, концентрация серы и золы, плотность и так далее.

В процессе сгорания ГСМ происходит химическая реакция, являющаяся окислительной. При воздействии высокой температуры образовываются молекулы из кислорода и углерода, генерируя тем самым полезную энергию. Теплотворность различных видов топлива находится в разных пределах.

Теория

Экзотермическая реакция горения приводит к выделению тепловой энергии в определенном количестве, которое обозначают понятием «теплота сгорания топлива». Итоговые значения отличаются в зависимости от влажности и химического состава продукции.

Удельная теплота состоит из двух разновидностей.

Существующая формула удельной теплоты сгорания топлива используется, чтобы определить качество продукции. Как правило, эксперты пользуются низшей удельной теплотой. Причина – важность для эксплуатационных и тепловых характеристик.

Теплотворная способность топлива

На изображении проиллюстрирована таблица, где приведены показатели удельной теплоты сгорания дизеля и бензина. Необходимо понимать, что бензин и солярка, наряду с нефтью и авиационным керосином, демонстрируют наиболее высокое тепловыделение.

Традиционные моторные виды топлива значительно превосходят по показателям значения для ацетона и спирта. В первой строке указана разновидность горючего, во второй – значения, выраженные в размерности МДж/кг.

Таблица, приведенная выше, позволяет понять, у какого топлива теплота сгорания выше. Наилучшими показателями способен похвастаться авиационный бензин и горючее марки Б-70. Дизель, хоть и не на много, но уступает прямому конкуренту. Тем не менее, на практике заметить разницу в теплотворной способности дизельного топлива достаточно проблематично.

Одним из базовых отрицательных факторов выступает сернистость. В процессе сгорания выделяется сернистый газ, становящийся причиной ускоренного развития коррозии на металлических деталях двигателя и загрязнения окружающей среды. Это основная причина, почему производители активно стремятся уменьшить концентрацию серы.

Наличие золы и минеральных веществ в составе топлива также отрицательно сказывается на теплоте сгорания. Причина – уменьшение концентрации горючих веществ. Минеральная масса, выделяющаяся при горении минеральных веществ, впитывает тепловую энергию, постепенно понижая эффективность горючего.

Источник

Удельная теплота сгорания – формула, единицы измерения, обозначение

Человечество в процессе своей эволюции научилось получать тепловую энергию с помощью сжигания разных видов топлива. Простейшим примером можем служить костер из дров, который разжигали первобытные люди, и с тех пор торф, уголь, бензин, нефть, природный газ — все это виды топлива, сжигая которые человек получает тепловую энергию. Так что же такое удельная теплота сгорания?

Откуда берется тепло в процессе горения?

Сам по себе процесс сгорания топлива — это химическая, окислительная реакция. Большинство видов топлива содержит большое количество углерода С, водорода H, серы S и других веществ. Во время горения атомы C, H, и S соединяется с атомами кислорода О2, в результате чего получается молекулы СО, СО2, Н2О, SO2. При этом происходит выделение большого количества тепловой энергии, которую люди научились использовать в своих целях.

Рис. 1. Виды топлива: уголь, торф, нефть, газ.

Основной вклад в выделение тепла дает углерод C. Второй по количеству тепла вклад вносит водород H.

Рис. 2. Атомы углерода вступают в реакцию с атомами кислорода.

Что такое удельная теплота сгорания?

Удельная теплота сгорания q — это физическая величина равная количеству тепла, выделяющегося при полном сгорания 1 кг топлива.

Формула удельной теплоты сгорания выглядит так:

Q — количество тепла, выделившееся в процессе горения топлива, Дж;

m — масса топлива, кг.

Единицей измерения q в интернациональной системе единиц СИ является Дж/кг.

Для обозначения больших величин q часто используются внесистемные единицы энергии: килоджоули (кДж), мегаджоули (МДж) и гигаджоули (ГДж).

Значения q для разных веществ определяют экспериментально.

Зная q, можно вычислить количество тепла Q, которое получится в результате сжигания топлива массой m:

Как измеряют удельную теплоту сгорания

Для измерения q используют приборы, которые называются калориметрами (calor – тепло, metreo – измеряю).

Контейнер с порцией топлива сжигается внутри прибора. Контейнер помещен в воду с известной массой. В результате горения выделившееся тепло нагревает воду. Величина массы воды и изменение ее температуры позволяют вычислить теплоту сгорания. Далее q определяется по вышеприведенной формуле.

Рис. 3. Измерение удельной теплоты сгорания.

Где можно найти значения q

Информацию о величинах удельной теплоты сгорания для конкретных видов топлива можно найти в технических справочниках или в их электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде такой таблицы:

Источник

Принятые обозначения и единицы измерения

Удельная теплота сгорания обозначается строчной буквой q, а для количества тепла принято обозначение прописной Q.

Международная единица измерения — Дж/кг, но чаще используют мегаджоули (мДж/кг).

Формула удельной теплоты горения газов:

q = Q/V, где V — объем газа.

Международной единицей измерения является Дж/м³.

Измерение количества теплоты горения

Чем выше удельная теплоемкость горючего материала, тем экономичнее его расход. Количество теплоты, которая образуется при горении топлива, можно вычислить следующими способами.

Табличные данные

На сегодняшний день измерены q всех известных веществ. В таблице приведены значения q для наиболее распространенных горючих материалов:

Реальное количество тепла, выделяемого в результате горения, может отличаться от табличных данных в зависимости от следующих факторов:

Решение задач

Решение типичных задач по теме «Количество тепла при сгорании топлива» (физика, 7 класс) заключается в определении энергии горения веществ и необходимой массы (объема) топлива. При этом используют табличные данные q.

Сколько энергии выделяется при сжигании 100 кг торфа?

Решение:

Q = 8,1 * 10 6 Дж/кг * 100 кг = 810 * 10 6 Дж = 8,1 * 10 8 Дж

Найти, какой объем природного газа сгорел, если известно, что при этом выделилось 23 мДж тепла.

Зная, что формула количества теплоты, выделяемой при сгорании топлива: Q = q * V, находим V = Q/q

V = 23 * мДж/46,1 * мДж/м³ = 0.5 м ³.

На сколько килограмм каменного угля необходимо взять больше чем древесного угля, чтобы получить равное количество тепла 62 мДж?

Решение:

Q = q * m, следовательно, m = Q/q

m д. у. = 62 мДж/31 мДж/м³ = 2 кг

m к. у. = 62 мДж/29,3 мДж/м³ = 2,11 кг

2,11 кг — 2 кг = 0,11 кг.

В промышленности, сравнивая энергетическую ценность различных категорий горючих материалов, подбирают наиболее экономически выгодные из них. Но при этом потенциальный выбор топлива не ограничивается его эффективностью, а зависит от технических возможностей предприятия.

Источник

Удельная теплота сгорания

Всего получено оценок: 192.

Всего получено оценок: 192.

Человечество в процессе своей эволюции научилось получать тепловую энергию с помощью сжигания разных видов топлива. Простейшим примером можем служить костер из дров, который разжигали первобытные люди, и с тех пор торф, уголь, бензин, нефть, природный газ — все это виды топлива, сжигая которые человек получает тепловую энергию. Так что же такое удельная теплота сгорания?

Откуда берется тепло в процессе горения?

Сам по себе процесс сгорания топлива — это химическая, окислительная реакция. Большинство видов топлива содержит большое количество углерода С, водорода H, серы S и других веществ. Во время горения атомы C, H, и S соединяется с атомами кислорода О₂, в результате чего получается молекулы СО, СО₂, Н₂О, SO₂. При этом происходит выделение большого количества тепловой энергии, которую люди научились использовать в своих целях.

Основной вклад в выделение тепла дает углерод C. Второй по количеству тепла вклад вносит водород H.

Что такое удельная теплота сгорания?

Удельная теплота сгорания q — это физическая величина равная количеству тепла, выделяющегося при полном сгорания 1 кг топлива.

Формула удельной теплоты сгорания выглядит так:

Q — количество тепла, выделившееся в процессе горения топлива, Дж;

m — масса топлива, кг.

Единицей измерения q в интернациональной системе единиц СИ является Дж/кг.

Для обозначения больших величин q часто используются внесистемные единицы энергии: килоджоули (кДж), мегаджоули (МДж) и гигаджоули (ГДж).

Значения q для разных веществ определяют экспериментально.

Зная q, можно вычислить количество тепла Q, которое получится в результате сжигания топлива массой m:

Как измеряют удельную теплоту сгорания

Для измерения q используют приборы, которые называются калориметрами (calor – тепло, metreo – измеряю).

Рис. 3. Измерение удельной теплоты сгорания.

Где можно найти значения q

Информацию о величинах удельной теплоты сгорания для конкретных видов топлива можно найти в технических справочниках или в их электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде такой таблицы:

Источник

Низшая, высшая и удельная теплота сгорания

Теплота сгорания это количеством выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Различают высшую (Q_B p ) и низшую (Q_H p ) теплоту сгорания.
Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.
Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании, без учёта теплоты конденсации водяного пара. Теплоту конденсации водяных паров также называют скрытой теплотой сгорания.
Таким образом, низшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах низшая теплота сгорания принимается как 100%. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11%.
На практике, не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (Q_H p ), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в топливе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Для твердого и жидкого топлива низшая теплота сгорания определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):

Q_H P = Q_B P — 2514•(9H P + W P /100)
или
Q_H P = Q_B P — 600•(9H P + W P /100)
где:
— 2514 — теплота парообразования при температуре 0°С и атмосферном давлении, кДж/кг;
— H P и W P — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %; 9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.
Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.
Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчетным способом в соответствии с формулой Д.И. Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:
Q_H P = 339 C P + 1256 H P — 109 (O P — S_L P ) — 25,14 (9H P + W P )
или

Q_H P = 81 C P + 246 H P — 26 (O P — S_L P ) — 6 W P
Удельная теплота сгорания — изменение энтальпии, которое сопровождает изотермически и изобарно протекающую реакцию сгорания единицы массы технологической среды с эквивалентным количеством кислорода.
Ниже, в таблице, приведена для примера низшая теплота сгорания некоторых веществ.

Источник