Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Удельная теплоемкость сгорания бензина: Свойства топлива и масел: теплопроводность, удельная теплоемкость, вязкость и т. д.

Содержание

Удельная теплота сгорания топлива — урок. Физика, 8 класс.

Различные виды топлива (твёрдое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся удельная теплота сгорания и влажность, к специфическим — зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства.


Удельная теплота сгорания топлива — это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании \(1\) кг твёрдого или жидкого топлива или \(1\) м³ газообразного топлива.

Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его удельной теплотой сгорания.

Удельная теплота сгорания обозначается буквой \(q\). Единицей удельной теплоты сгорания является \(1\) Дж/кг для твёрдого и жидкого топлива и \(1\) Дж/м³ для газообразного топлива.

Удельную теплоту сгорания на опыте определяют довольно сложными методами.

 

Таблица 2. Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива.

 

Твёрдое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бурый уголь

\(9,3\)

Древесный уголь

\(29,7\)

Дрова сухие

\(8,3\)

Древесные чурки

\(15,0\)

Каменный уголь

марки А-I

\(20,5\)

Каменный уголь

марки А-II

\(30,3\)

Кокс

\(30,3\)

Порох

\(3,0\)

Торф

\(15,0\)

 

Жидкое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бензин, нефть

\(46,0\)

Дизельное топливо

\(42,0\)

Керосин

\(43,0\)

Мазут

\(40,0\)

Спирт этиловый

\(27,0\)

 

Газообразное топливо

(при нормальных условиях)

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/м³

Водород

\(120,8\)

Генераторный газ

\(5,5\)

Коксовый газ

\(16,4\)

Природный газ

\(35,5\)

Светильный газ

\(21,0\)

 

Из этой таблицы видно, что наибольшей является удельная теплота сгорания водорода, она равна \(120,8\) МДж/м³. Это значит, что при полном сгорании водорода объёмом \(1\) м³ выделяется \(120,8\) МДж \(=\)\(120,8\)⋅106 Дж энергии.

Водород — один из высокоэнергетических видов топлива. Кроме того, продуктом сгорания водорода является обычная вода, в отличие от других видов топлива, где продуктами сгорания являются углекислый и угарный газы, зола и топочные шлаки. Это делает водород экологически наиболее чистым топливом.

Однако газообразный водород взрывоопасен. К тому же он имеет самую малую плотность в сравнении с другими газами при равной температуре и давлении, что создаёт сложности со сжижением водорода и его транспортировкой.

 

Общее количество теплоты \(Q\), выделяемое при полном сгорании \(m\) кг твёрдого или жидкого топлива, вычисляется по формуле:

 

Q=qm.

 

Общее количество теплоты \(Q\), выделяемое при полном сгорании \(V\) м³ газообразного топлива, вычисляется по формуле:

 

Q=qV.


Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания, так как увеличивается расход теплоты на испарение влаги и увеличивается объём продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).
Зольность — это количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания, так как уменьшается содержание горючих компонентов (основная причина) и увеличивается расход тепла на нагрев и плавление минеральной массы.
Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стёкол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла.

Таблица теплотворности

 Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива. Зная эти показатели, нужно учитывать их при проектирование котельной на твёрдом топливе.

 Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:
 От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.), а также от его влажности и зольности.

Вид топлива Ед. изм. Удельная теплота сгорания Эквивалент
кКал
кВт
МДж Природный газ, м3 Диз. топливо, л Мазут, л
Электроэнергия 1 кВт/ч 864 1,0 3,62 0,108 0,084 0,089
Дизельное топливо (солярка) 1 л 10300 11,9 43,12 1,288 - 1,062
Мазут 1 л 9700 11,2 40,61 1,213 0,942 -
Керосин 1 л 10400 12,0 43,50 1,300 1,010 1,072
Нефть 1 л 10500 12,2 44,00 1,313 1,019 1,082
Бензин 1 л 10500 12,2 44,00 1,313
1,019
1,082
Газ природный 1 м 3 8000 9,3 33,50 - 0,777 0,825
Газ сжиженный 1 кг 10800 12,5 45,20 1,350 1,049 1,113
Метан 1 м 3 11950 13,8 50,03 1,494 1,160 1,232
Пропан 1 м 3 10885 12,6 45,57 1,361 1,057 1,122
Этилен 1 м 3 11470 13,3 48,02 1,434 1,114 1,182
Водород 1 м 3 28700 33,2 120,00 3,588 2,786 2,959
Уголь каменный (W=10%) 1 кг 6450 7,5 27,00 0,806 0,626 0,665
Уголь бурый (W=30…40%) 1 кг 3100 3,6 12,98 0,388 0,301 0,320
Уголь-антрацит 1 кг 6700 7,8 28,05 0,838 0,650 0,691
Уголь древесный 1 кг 6510 7,5 27,26 0,814 0,632 0,671
Торф (W=40%) 1 кг 2900 3,6 12,10 0,363 0,282 0,299
Торф брикеты (W=15%) 1 кг 4200 4,9 17,58 0,525 0,408 0,433
Торф крошка 1 кг 2590 3,0 10,84 0,324 0,251 0,267
Пеллета древесная 1 кг 4100 4,7 17,17 0,513 0,398 0,423
Пеллета из соломы 1 кг 3465 4,0 14,51 0,433 0,336 0,357
Пеллета из лузги подсолнуха 1 кг 4320 5,0 18,09 0,540 0,419 0,445
Свежесрубленная древесина (W=50. ..60%) 1 кг 1940 2,2 8,12 0,243 0,188 0,200
Высушенная древесина (W=20%) 1 кг 3400 3,9 14,24 0,425
0,330
0,351
Щепа 1 кг 2610 3,0 10,93 0,326 0,253 0,269
Опилки 1 кг 2000 2,3 8,37 0,250 0,194 0,206
Бумага 1 кг 3970 4,6 16,62 0,496 0,385 0,409
Лузга подсолнуха, сои 1 кг 4060 4,7 17,00 0,508 0,394 0,419
Лузга рисовая 1 кг 3180 3,7 13,31 0,398 0,309 0,328
Костра льняная 1 кг 3805 4,4 15,93 0,477 0,369 0,392
Кукуруза-початок (W>10%) 1 кг 3500 4,0 14,65 0,438 0,340 0,361
Солома 1 кг 3750 4,3 15,70 0,469 0,364 0,387
Хлопчатник-стебли 1 кг 3470 4,0 14,53 0,434 0,337 0,358
Виноградная лоза (W=20%) 1 кг 3345 3,9 14,00 0,418 0,325 0,345

сравнительный обзор топлива по теплоте сгорания


Когда определенное количество топлива сгорает, выделяется измеримое количество теплоты. Согласно Международной системе единиц величина выражается в Джоулях на кг или м3. Но параметры могут быть рассчитаны и в кКал или кВт. Если значение соотносится с единицей измерения топлива, оно называется удельным.

На что влияет теплотворность различного топлива? Каково значение показателя для жидких, твердых и газообразных веществ? Ответы на обозначенные вопросы подробно изложены в статье. Кроме того, мы подготовили таблицу с отображением удельной теплоты сгорания материалов – эта информация пригодится при выборе высокоэнергетического типа топлива.

Содержание статьи:

Общая информация о теплотворности

Выделение энергии при горении должно характеризоваться двумя параметрами: высоким КПД и отсутствием выработки вредных веществ.

Искусственное топливо получается в процессе переработки естественного – . Вне зависимости от агрегатного состояния вещества в своем химическом составе имеют горючую и негорючую часть. Первая — это углерод и водород. Вторая состоит из воды, минеральных солей, азота, кислорода, металлов.

По агрегатному состоянию топливо делится на жидкое, твердое и газ. Каждая группа дополнительно разветвляется на естественную и искусственную подгруппу (+)

При сгорании 1 кг такой «смеси» выделяется разное количество энергии. Сколько именно этой энергии выделится, зависит от пропорций указанных элементов — горючей части, влажности, зольности и других компонентов.

Теплота сгорания топлива (ТСТ) формируется из двух уровней — высшего и низшего. Первый показатель получается из-за конденсации воды, во втором этот фактор не учитывается.

Низшая ТСТ нужна для расчетов потребности в горючем и его стоимости, с помощью таких показателей составляются тепловые балансы и определяется КПД работающих на топливе установок.

Вычислить ТСТ можно аналитически или экспериментально. Если химический состав горючего известен, применяется формула Менделеева. Экспериментальные методики основаны на фактическом измерении теплоты при сгорании топлива.

В этих случаях применяют специальную бомбу для сжигания – калориметрическую вместе с калориметром и термостатом.

Особенности расчетов индивидуальны для каждого вида топлива. Пример: ТСТ в двигателях внутреннего сгорания рассчитывается от низшего значения, потому что в цилиндрах жидкость не конденсируется.

ТСТ устанавливается с помощью калориметрической бомбы. Сжатый кислород насыщают водяным паром. В такую среду помещают навеску топлива и определяют результаты

Каждый тип веществ имеет свою ТСТ из-за особенностей химического состава. Значения существенно разнятся, диапазон колебаний — 1 000–10 000 кКал/кг.

Сравнивая разные виды материалов, используется понятие условного топлива, оно характеризуется низшей ТСТ в 29 МДж/кг.

Теплотворность твердых материалов

К этой категории относится древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основная составная часть твердого топлива — углерод.

Особенности разных пород дерева

Максимальная эффективность от использования дров достигается при условии соблюдения двух условий — сухости древесины и медленном процессе горения.

Куски дерева распиливают или рубят на отрезки длиной до 25-30 см, чтобы дрова удобно загружались в топку

Идеальными для  считаются дубовые, березовые, ясеневые бруски. Хорошими показателями характеризуется боярышник, лещина. А вот у хвойных пород теплотворность низкая, но высокая скорость горения.

Как горят разные породы:

  1. Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
  2. Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
  3. Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
  4. Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
  5. Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
  6. Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
  7. Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
  8. Липа с тополем быстро прогорают.

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива и 200 м3 природного газа. Древесина и дрова относятся к категории с низкой энергоэффективностью.

Влияние возраста на свойства угля

Уголь является природным материалом растительного происхождения. Добывается он из осадочных пород. В этом топливе содержится углерод и другие химические элементы.

Кроме типа на теплоту сгорания угля оказывает влияние и возраст материала. Бурый относится к молодой категории, за ним следует каменный, а самым старшим считается антрацит.

По возрасту горючего определяется и влажность: чем моложе уголь, тем больше в нем содержание влаги. Которая также влияет на свойства этого типа топлива

Процесс горения угля сопровождается выделением веществ, загрязняющих окружающую среду, колосники котла при этом покрываются шлаком. Еще один неблагоприятный фактор для атмосферы — наличие серы в составе топлива. Этот элемент при соприкосновении с воздухом трансформируется в серную кислоту.

Производителям удается максимально снизить содержание серы в угле. В результате ТСТ отличается даже в пределах одного вида. Влияет на показатели и география добычи. Как твердое топливо может использоваться не только чистый уголь, но и брикетированный шлак.

Наибольшая топливная способность наблюдается у коксующегося угля. Хорошими характеристиками обладает и каменный, древесный, бурый уголь, антрацит.

Характеристики пеллет и брикетов

Это твердое топливо изготавливается промышленным способом из различного древесного и растительного мусора.

Измельченная стружка, кора, картон, солома пересушивается и с помощью превращается в гранулы. Чтобы масса приобрела определенную степень вязкости, в нее добавляют полимер — лигнин.

Пеллеты отличаются приемлемой стоимостью, на которую влияют высокий спрос и особенности процесса изготовления. Использоваться этот материал может только в предназначенных для такого вида топлива котлах

Брикеты отличаются только формой, их можно загружать в печи, котлы. Оба типа горючего делятся на виды по сырью: из кругляка, торфа, подсолнечника, соломы.

У  есть существенные преимущества перед прочими разновидностями топлива:

  • полная экологичность;
  • возможность хранения практически в любых условиях;
  • устойчивость к механическим воздействиям и грибку;
  • равномерное и длительное горение;
  • оптимальный размер гранул для загрузки в отопительное устройство.

Экологичное топливо — хорошая альтернатива традиционным источникам тепла, которые не возобновляются и неблагоприятно действуют на окружающую среду. Но пеллеты и брикеты отличаются повышенной пожароопасностью, что стоит учитывать при организации места хранения.

При желании, можно наладить изготовление топливных брикетов собственноручно, подробнее – в .

Параметры жидких веществ

Жидкие материалы, как и твердые, раскладываются на следующие составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот. Процентное соотношение выражается по массе.

Из кислорода и азота образуется внутренний органический балласт топлива, эти компоненты не горят и включены в состав условно. Внешний балласт формируется из влаги и золы.

Высокая удельная теплота сгорания наблюдается у бензина. В зависимости от марки она составляет 43-44 МДж.

Похожие показатели удельной теплоты сгорания определяются и у авиационного керосина – 42,9 МДж. В категорию лидеров по значению теплотворной способности попадает и дизельное топливо – 43,4-43,6 МДж.

Т. к. у бензина больше ТСТ, чем у дизтоплива, то у него должен быть выше и расход, и КПД. Но ДТ экономичнее бензина на 30-40%

Относительно низкими значениями ТСТ характеризуются жидкое ракетное горючее, этиленгликоль. Минимальной удельной теплотой сгорания отличаются спирт и ацетон. Их показатели существенно ниже, чем у традиционного моторного топлива.

Свойства газообразного топлива

Газообразное топливо складывается из оксида углерода, водорода, метана, этана, пропана, бутана, этилена, бензола, сероводорода и других компонентов. Эти показатели выражаются в процентах по объему.

Наибольшей теплотой сгорания отличается водород. Сгорая, килограмм вещества выделяет 119,83 МДж тепла. Но оно отличается повышенной степенью взрывоопасности

Высокие показатели теплотворной способности наблюдаются и у природного газа.

Они равны 41-49 МДж на кг. Но, например, у чистого метана теплота сгорания больше — 50 МДж на кг.

Сравнительная таблица показателей

В таблице представлены значения массовой удельной теплоты сгорания жидких, твердых, газообразных разновидностей топлива.

Вид топливаЕд. изм.Удельная теплота сгорания
МДжкВткКал
Дрова: дуб, береза, ясень, бук, грабкг154,22500
Дрова: лиственница, сосна, елькг15,54,32500
Уголь бурыйкг12,983,63100
Уголь каменныйкг27,007,56450
Уголь древесныйкг27,267,56510
Антрациткг28,057,86700
Пеллета древеснаякг17,174,74110
Пеллета соломеннаякг14,514,03465
Пеллета из подсолнухакг18,095,04320
Опилкикг8,372,32000
Бумагакг16,624,63970
Виноградная лозакг14,003,93345
Природный газм333,59,38000
Сжиженный газкг45,2012,510800
Бензинкг44,0012,210500
Диз. топливокг43,1211,910300
Метанм350,0313,811950
Водородм312033,228700
Керосинкг43.501210400
Мазуткг40,6111,29700
Нефтькг44,0012,210500
Пропанм345,5712,610885
Этиленм348,0213,311470

Из таблицы видно, что наибольшие показатели ТСТ из всех веществ, а не только из газообразных, имеет водород. Он относится к высокоэнергетическим видам топлива.

Продукт сгорания водорода — обычная вода. В процессе не выделяется топочные шлаки, зола, угарный и углекислый газ, что делает вещество экологически чистым горючим. Но оно взрывоопасно и отличается низкой плотностью, поэтому такое топливо сложно сжижается и транспортируется.

Выводы и полезное видео по теме

О теплотворности разных пород дерева. Сравнение показателей в расчете на м3 и кг.

ТСТ — важнейшая тепловая и эксплуатационная характеристика горючего. Этот показатель используется в различных сферах человеческой деятельности: тепловых двигателях, электростанциях, промышленности, при обогреве жилья и приготовлении пищи.

Значения теплотворности помогают сравнить различные виды топлива по степени выделяемой энергии, рассчитать необходимую массу горючего, сэкономить на расходах.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме теплотворности разных видов топлива? Можете оставлять комментарии к публикации и участвовать в обсуждениях – форма для связи находится в нижнем блоке.

Теплоты сгорания топлива: удельная, единицы и расчет

Всякое топливо, сгорая, выделяет теплоту (энергию), оцениваемую количественно в джоулях или в калориях (4,3Дж = 1кал). На практике для измерения количества теплоты, которое выделится при сгорании топлива, пользуются калориметрами — сложными устройствами лабораторного применения. Теплоту сгорания называют также теплотворной способностью.

Количество теплоты, получаемой от сжигания топлива, зависит не только от его теплотворной способности, но и от массы.

Для сравнения веществ по объёму энергии, выделяемой при сгорании, более удобна величина удельной теплоты сгорания. Она показывает количество теплоты, образуемой при сгорании одного килограмма (массовая удельная теплота сгорания) или одного литра, метра кубического (объёмная удельная теплота сгорания) топлива.

Принятыми в системе СИ единицами удельной теплоты сгорания топлива считаются ккал/кг, МДж/кг, ккал/м³, Мдж/м³, а также их производные.

Энергетическая ценность топлива определяется именно величиной его удельной теплоты сгорания. Связь между количеством теплоты, образуемой при сгорании топлива, его массой и удельной теплотой сгорания выражается простой формулой:

Q = q · m, где Q — количество теплоты в Дж, q — удельная теплота сгорания в Дж/кг, m — масса вещества в кг.

Для всех видов топлива и большинства горючих веществ величины удельной теплоты сгорания давно определены и сведены в таблицы, которыми пользуются специалисты при проведении расчётов теплоты, выделяемой при сгорании топлива или иных материалов. В разных таблицах возможны небольшие разночтения, объясняемые, очевидно, несколько отличающимися методиками измерений или различной теплотворной способностью однотипных горючих материалов, добываемых из разных месторождений.

Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива

Наибольшей энергоёмкостью из твёрдых видов топлива обладает каменный уголь — 27 МДж/кг (антрацит — 28 МДж/кг). Подобные показатели имеет древесный уголь (27 МДж/кг). Намного менее теплотворен бурый уголь — 13 Мдж/кг. Он к тому же содержит обычно много влаги (до 60 %), которая, испаряясь, снижает величину общей теплоты сгорания.

Торф сгорает с теплотой 14-17 Мдж/кг (зависит от его состояния — крошка, прессованый, брикет). Дрова, подсушенные до 20 % влажности, выделяют от 8 до 15 Мдж/кг. При этом количество энергии, получаемой от осины и от берёзы, может разниться практически вдвое. Примерно такие же показатели дают пеллеты из разных материалов — от 14 до 18 Мдж/кг.

Намного меньше, чем твёрдые, различаются величинами удельной теплоты сгорания жидкие виды топлива. Так, удельная теплота сгорания дизельного топлива — 43 МДж/л, бензина — 44 МДж/л, керосина — 43,5 МДж/л, мазута — 40,6 МДж/л.

Удельная теплота сгорания природного газа составляет 33,5 МДж/м³, пропана — 45 МДж/м³. Наиболее энергоёмким топливом из газообразных является газ водород (120 Мдж/м³). Он весьма перспективен для использования в качестве топлива, но на сегодняшний день пока не найдены оптимальные варианты его хранения и транспортировки.

Сравнение энергоемкости различных видов топлива

При сравнении энергетической ценности основных видов твёрдого, жидкого и газообразного топлива можно установить, что одному литру бензина или дизтоплива соответствует 1,3 м³ природного газа, одному килограмму каменного угля — 0,8 м³ газа, одному кг дров — 0,4 м³ газа.

Теплота сгорания топлива — это важнейший показатель эффективности, однако широта распространения его в сферах человеческой деятельности зависит от технических возможностей и экономических показателей использования.

Звоните по номеру +7 (812) 426-10-10. С нами удобно, доставка 24/7

Удельная теплота сгорания топлива: угля, дров, газа

Когда определенное количество топлива сгорает, выделяется измеримое количество теплоты. Согласно Международной системе единиц величина выражается в Джоулях на кг или м3. Но параметры могут быть рассчитаны и в кКал или кВт. Если значение соотносится с единицей измерения топлива, оно называется удельным.

На что влияет теплотворность различного топлива? Каково значение показателя для жидких, твердых и газообразных веществ? Ответы на обозначенные вопросы подробно изложены в статье. Кроме того, мы подготовили таблицу с отображением удельной теплоты сгорания материалов &#; эта информация пригодится при выборе высокоэнергетического типа топлива.

Общая информация о теплотворности

Выделение энергии при горении должно характеризоваться двумя параметрами: высоким КПД и отсутствием выработки вредных веществ.

Искусственное топливо получается в процессе переработки естественного &#; биологического топлива. Вне зависимости от агрегатного состояния вещества в своем химическом составе имеют горючую и негорючую часть. Первая — это углерод и водород. Вторая состоит из воды, минеральных солей, азота, кислорода, металлов.

По агрегатному состоянию топливо делится на жидкое, твердое и газ. Каждая группа дополнительно разветвляется на естественную и искусственную подгруппу (+)

При сгорании 1 кг такой «смеси» выделяется разное количество энергии. Сколько именно этой энергии выделится, зависит от пропорций указанных элементов — горючей части, влажности, зольности и других компонентов.

Теплота сгорания топлива (ТСТ) формируется из двух уровней — высшего и низшего. Первый показатель получается из-за конденсации воды, во втором этот фактор не учитывается.

Низшая ТСТ нужна для расчетов потребности в горючем и его стоимости, с помощью таких показателей составляются тепловые балансы и определяется КПД работающих на топливе установок.

Вычислить ТСТ можно аналитически или экспериментально. Если химический состав горючего известен, применяется формула Менделеева. Экспериментальные методики основаны на фактическом измерении теплоты при сгорании топлива.

В этих случаях применяют специальную бомбу для сжигания &#; калориметрическую вместе с калориметром и термостатом.

Особенности расчетов индивидуальны для каждого вида топлива. Пример: ТСТ в двигателях внутреннего сгорания рассчитывается от низшего значения, потому что в цилиндрах жидкость не конденсируется.

ТСТ устанавливается с помощью калориметрической бомбы. Сжатый кислород насыщают водяным паром. В такую среду помещают навеску топлива и определяют результаты

Каждый тип веществ имеет свою ТСТ из-за особенностей химического состава. Значения существенно разнятся, диапазон колебаний — 1 –10 кКал/кг.

Сравнивая разные виды материалов, используется понятие условного топлива, оно характеризуется низшей ТСТ в 29 МДж/кг.

Теплотворность твердых материалов

К этой категории относится древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основная составная часть твердого топлива — углерод.

Особенности разных пород дерева

Максимальная эффективность от использования дров достигается при условии соблюдения двух условий — сухости древесины и медленном процессе горения.

Куски дерева распиливают или рубят на отрезки длиной до см, чтобы дрова удобно загружались в топку

Идеальными для дровяного печного отопления считаются дубовые, березовые, ясеневые бруски. Хорошими показателями характеризуется боярышник, лещина. А вот у хвойных пород теплотворность низкая, но высокая скорость горения.

Как горят разные породы:

  1. Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
  2. Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
  3. Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
  4. Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
  5. Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
  6. Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
  7. Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
  8. Липа с тополем быстро прогорают.

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно литрам жидкого топлива и м3 природного газа. Древесина и дрова относятся к категории с низкой энергоэффективностью.

Влияние возраста на свойства угля

Уголь является природным материалом растительного происхождения. Добывается он из осадочных пород. В этом топливе содержится углерод и другие химические элементы.

Кроме типа на теплоту сгорания угля оказывает влияние и возраст материала. Бурый относится к молодой категории, за ним следует каменный, а самым старшим считается антрацит.

По возрасту горючего определяется и влажность: чем моложе уголь, тем больше в нем содержание влаги. Которая также влияет на свойства этого типа топлива

Процесс горения угля сопровождается выделением веществ, загрязняющих окружающую среду, колосники котла при этом покрываются шлаком. Еще один неблагоприятный фактор для атмосферы — наличие серы в составе топлива. Этот элемент при соприкосновении с воздухом трансформируется в серную кислоту.

Производителям удается максимально снизить содержание серы в угле. В результате ТСТ отличается даже в пределах одного вида. Влияет на показатели и география добычи. Как твердое топливо может использоваться не только чистый уголь, но и брикетированный шлак.

Наибольшая топливная способность наблюдается у коксующегося угля. Хорошими характеристиками обладает и каменный, древесный, бурый уголь, антрацит.

Характеристики пеллет и брикетов

Это твердое топливо изготавливается промышленным способом из различного древесного и растительного мусора.

Измельченная стружка, кора, картон, солома пересушивается и с помощью специального оборудования превращается в гранулы. Чтобы масса приобрела определенную степень вязкости, в нее добавляют полимер — лигнин.

Пеллеты отличаются приемлемой стоимостью, на которую влияют высокий спрос и особенности процесса изготовления. Использоваться этот материал может только в предназначенных для такого вида топлива котлах

Брикеты отличаются только формой, их можно загружать в печи, котлы. Оба типа горючего делятся на виды по сырью: из кругляка, торфа, подсолнечника, соломы.

У пеллет и брикетов есть существенные преимущества перед прочими разновидностями топлива:

  • полная экологичность;
  • возможность хранения практически в любых условиях;
  • устойчивость к механическим воздействиям и грибку;
  • равномерное и длительное горение;
  • оптимальный размер гранул для загрузки в отопительное устройство.

Экологичное топливо — хорошая альтернатива традиционным источникам тепла, которые не возобновляются и неблагоприятно действуют на окружающую среду. Но пеллеты и брикеты отличаются повышенной пожароопасностью, что стоит учитывать при организации места хранения.

При желании, можно наладить изготовление топливных брикетов собственноручно, подробнее &#; в этой статье.

Параметры жидких веществ

Жидкие материалы, как и твердые, раскладываются на следующие составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот. Процентное соотношение выражается по массе.

Из кислорода и азота образуется внутренний органический балласт топлива, эти компоненты не горят и включены в состав условно. Внешний балласт формируется из влаги и золы.

Высокая удельная теплота сгорания наблюдается у бензина. В зависимости от марки она составляет МДж.

Похожие показатели удельной теплоты сгорания определяются и у авиационного керосина &#; 42,9 МДж. В категорию лидеров по значению теплотворной способности попадает и дизельное топливо &#; 43,,6 МДж.

Т. к. у бензина больше ТСТ, чем у дизтоплива, то у него должен быть выше и расход, и КПД. Но ДТ экономичнее бензина на %

Относительно низкими значениями ТСТ характеризуются жидкое ракетное горючее, этиленгликоль. Минимальной удельной теплотой сгорания отличаются спирт и ацетон. Их показатели существенно ниже, чем у традиционного моторного топлива.

Свойства газообразного топлива

Газообразное топливо складывается из оксида углерода, водорода, метана, этана, пропана, бутана, этилена, бензола, сероводорода и других компонентов. Эти показатели выражаются в процентах по объему.

Наибольшей теплотой сгорания отличается водород. Сгорая, килограмм вещества выделяет ,83 МДж тепла. Но оно отличается повышенной степенью взрывоопасности

Высокие показатели теплотворной способности наблюдаются и у природного газа.

Они равны МДж на кг. Но, например, у чистого метана теплота сгорания больше — 50 МДж на кг.

Сравнительная таблица показателей

В таблице представлены значения массовой удельной теплоты сгорания жидких, твердых, газообразных разновидностей топлива.

Вид топлива Ед. изм. Удельная теплота сгорания
МДж кВт кКал
Дрова: дуб, береза, ясень, бук, граб кг 15 4,2
Дрова: лиственница, сосна, ель кг 15,5 4,3
Уголь бурый кг 12,98 3,6
Уголь каменный кг 27,00 7,5
Уголь древесный кг 27,26 7,5
Антрацит кг 28,05 7,8
Пеллета древесная кг 17,17 4,7
Пеллета соломенная кг 14,51 4,0
Пеллета из подсолнуха кг 18,09 5,0
Опилки кг 8,37 2,3
Бумага кг 16,62 4,6
Виноградная лоза кг 14,00 3,9
Природный газ м3 33,5 9,3
Сжиженный газ кг 45,20 12,5
Бензин кг 44,00 12,2
Диз. топливо кг 43,12 11,9
Метан м3 50,03 13,8
Водород м3 33,2
Керосин кг 12
Мазут кг 40,61 11,2
Нефть кг 44,00 12,2
Пропан м3 45,57 12,6
Этилен м3 48,02 13,3

Из таблицы видно, что наибольшие показатели ТСТ из всех веществ, а не только из газообразных, имеет водород. Он относится к высокоэнергетическим видам топлива.

Продукт сгорания водорода — обычная вода. В процессе не выделяется топочные шлаки, зола, угарный и углекислый газ, что делает вещество экологически чистым горючим. Но оно взрывоопасно и отличается низкой плотностью, поэтому такое топливо сложно сжижается и транспортируется.

ТСТ — важнейшая тепловая и эксплуатационная характеристика горючего. Этот показатель используется в различных сферах человеческой деятельности: тепловых двигателях, электростанциях, промышленности, при обогреве жилья и приготовлении пищи.

Значения теплотворности помогают сравнить различные виды топлива по степени выделяемой энергии, рассчитать необходимую массу горючего, сэкономить на расходах.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме теплотворности разных видов топлива? Можете оставлять комментарии к публикации и участвовать в обсуждениях &#; форма для связи находится в нижнем блоке.

Теплотворная способность различных видов топлива. Сравнительный анализ

(рис. 14.1 – Теплотворная
способность топлива)

Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива.

Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:

  • От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.).
  • От его влажности и зольности.
Таблица 4 - Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов.
Вид энергоносителяТеплотворная способностьОбъёмная
плотность вещества
(ρ=m/V)
Цена за единицу
условного топлива
Коэфф.
полезного действия
(КПД) системы
отопления, %
Цена за
1 кВт·ч
Реализуемые системы
МДжкВт·ч
(1Мдж=0. 278кВт·ч)
Электричество-1,0 кВт·ч-3,70р. за кВт·ч98%3,78р.Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование, приготовление пищи
Метан
(Ch5, температура
кипения: -161,6 °C)
39,8 МДж/м³11,1 кВт·ч/м³0,72 кг/м³5,20р. за м³94%0,50р.Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Пропан
(C3H8, температура
кипения: -42.1 °C)
46,34
МДж/кг
23,63
МДж/л
12,88
кВт·ч/кг
6,57
кВт·ч/л
0,51 кг/л18,00р. за л94%2,91р.Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Бутан
C4h20, температура
кипения: -0,5 °C)
47,20
МДж/кг
27,38
МДж/л
13,12
кВт·ч/кг
7,61
кВт·ч/л
0,58 кг/л14,00р. за л94%1,96р.Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Пропан-бутан
(СУГ - сжиженный
углеводородный газ)
46,8
МДж/кг
25,3
МДж/л
13,0
кВт·ч/кг
7,0
кВт·ч/л
0,54 кг/л16,00р. за л94%2,42р.Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
 Дизельное топливо42,7
МДж/кг
11,9
кВт·ч/кг
0,85 кг/л30,00р. за кг92%2,75р.Отопление (нагрев воды и выработка электричества – очень затратны)
Дрова
(берёзовые, влажность - 12%)
15,0
МДж/кг
4,2
кВт·ч/кг
0,47-0,72 кг/дм³3,00р. за кг90%0,80р.Отопление (неудобно готовить пищу, практически невозможно получать горячую воду)
Каменный уголь22,0
МДж/кг
6,1
кВт·ч/кг
1200-1500 кг/м³7,70р. за кг90%1,40р.Отопление
МАРР газ (смесь сжиженного нефтяного газа - 56% с метилацетилен-пропадиеном - 44%) 89,6
МДж/кг
24,9
кВт·ч/м³
0,1137 кг/дм³-р. за м³0% Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение

(рис. 14.2 – Удельная теплота сгорания)

Согласно таблице «Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов», пропан-бутан (сжиженный углеводородный газ) уступает в экономической выгоде и перспективности использования только природному газу (метану). Однако следует обратить внимание на тенденцию к неизбежному росту стоимости магистрального газа, которая на сегодняшний день существенно занижена. Аналитики предрекают неминуемую реорганизацию отрасли, которая приведёт к существенному удорожанию природного газа, возможно, даже превысит стоимость дизельного топлива.

Таким образом, сжиженный углеводородный газ, стоимость которого практически не изменится, остаётся исключительно перспективным – оптимальным решением для систем автономной газификации.

Использование водородно-метановых смесей в двигателях внутреннего сгорания

1. Введение

В современном мире, где постоянно внедряются новые технологии, потребление энергии на транспорте быстро растет. Ископаемое топливо, особенно нефтяное топливо, вносит основной вклад в производство энергии [1]. Потребление ископаемого топлива неуклонно растет в результате роста населения, а также повышения уровня жизни. Из рисунка 1 видно, что население мира неуклонно росло в течение последних пяти десятилетий, и ожидается, что эта тенденция сохранится [2]. В результате общее потребление энергии выросло примерно на 36% за последние 15 лет [3]. Ожидается, что в будущем потребление энергии будет расти, поскольку ожидается, что население мира вырастет на 2 миллиарда человек в следующие 30 лет [2]. Эти энергетические тенденции можно увидеть на Рисунке 2. Повышенный спрос на энергию требует увеличения производства топлива, что приводит к более быстрому истощению текущих запасов ископаемого топлива. Кроме того, около 60% текущих мировых запасов нефти находится в регионах, которые часто переживают политические волнения [3].Это привело к колебаниям цен на нефть и перебоям в поставках.

Быстро истощающиеся запасы нефти и ухудшение качества воздуха ставят под вопрос будущее. По мере того как в мире растет осведомленность об охране окружающей среды, растет и поиск альтернатив нефтяным видам топлива [1].

Альтернативные виды топлива, такие как CNG, HCNG, LPG, LNG, биодизель, биогаз, водород, этанол, метанол, диметиловый эфир, генераторный газ и серия P были опробованы во всем мире. Также рассматривается возможность использования водорода в качестве будущего топлива для двигателей внутреннего сгорания (ВС).Однако перед коммерциализацией водорода в качестве моторного топлива внутреннего сгорания для автомобильного сектора необходимо преодолеть несколько препятствий. Смеси водорода и КПГ (HCNG) могут рассматриваться как автомобильное топливо без необходимости каких-либо серьезных изменений в существующем двигателе и инфраструктуре КПГ [4].

Рисунок 1.

Население мира 1950-2050 [2].

Рисунок 2.

Потребление ископаемого топлива с 1983 по 2008 год с приблизительным соотношением текущих запасов к добыче в оставшиеся годы [3].

Альтернативные виды топлива получают из других ресурсов, помимо нефти. Преимущество этих видов топлива заключается в том, что они выделяют меньше загрязняющих веществ в атмосферу по сравнению с бензином, и большинство из них более экономически жизнеспособны по сравнению с нефтью и являются возобновляемыми [5]. На рисунке 3 показано процентное соотношение используемых альтернативных видов топлива к общему потреблению автомобильного топлива в мире в качестве футуристической точки зрения.

Рисунок 3.

Процент альтернативных видов топлива по сравнению с общим потреблением автомобильного топлива в мире [6]

2.Технические условия на водород

Известно, что водород обладает большим потенциалом в качестве энергоносителя для транспортных приложений. В ряде технологий можно использовать водород в качестве энергоносителя, причем двигатель внутреннего сгорания является наиболее зрелой технологией [7]. В настоящее время 96% водорода производится из ископаемого топлива. По данным за 2004 год, в США 90% производится из природного газа, а КПД составляет 72%. Только 4% водорода производится из воды путем электролиза. В настоящее время подавляющее большинство электричества получают из ископаемого топлива на заводах, эффективность которого составляет 30%, и в результате электролиза, что означает, что электричество проходит через воду для разделения атомов водорода и кислорода. Использование возобновляемых источников энергии намного эффективнее, чем использование ископаемого топлива для производства водорода. Современные ветряные турбины работают с КПД 30-40%, производя водород с общим КПД 25%. Лучшие доступные солнечные элементы имеют КПД 10%, что дает общий КПД 7%. Водоросли можно использовать для производства водорода с эффективностью около 0,1% (см. Рисунок 4) [8].

Использование водорода в качестве автомобильного топлива обещает значительное улучшение характеристик двигателей с искровым зажиганием [9].Температура самовоспламенения смеси водорода с воздухом выше, чем у других видов топлива, и, следовательно, водород обеспечивает антидетонационное качество топлива. Высокая температура воспламенения и низкая светимость пламени водорода делают его более безопасным топливом, чем другие, а также нетоксичным. Водород характеризуется самым высоким энергомассовым коэффициентом среди всех химических топлив, а по массовому потреблению энергии он превосходит обычное бензиновое топливо примерно в три раза, а спирт - в пять-шесть раз [10]. Таким образом, результаты ясно показывают, что водородное топливо может повысить эффективный КПД двигателя и снизить удельный расход топлива. Из небольшого количества водорода, смешанного с воздухом, образуется горючая смесь, которую можно сжечь в обычном двигателе с искровым зажиганием при эквивалентном соотношении ниже предела воспламеняемости смеси бензин / воздух. Получающееся в результате сверхобедненное сгорание обеспечивает низкую температуру пламени и непосредственно ведет к снижению теплопередачи к стенкам, повышению эффективности двигателя и снижению выбросов NO x [11–13].

Рисунок 4.

Различные процессы производства водорода [8]

Скорость горения смеси водорода и воздуха примерно в шесть раз выше, чем у смесей бензина и воздуха. По мере увеличения скорости горения фактическая индикаторная диаграмма приближается к идеальной диаграмме и достигается более высокая термодинамическая эффективность [14,15]. На рис. 5 показаны зависимости скоростей ламинарного горения от отношения эквивалентности для водородно-воздушных смесей при нормальном давлении и температуре (NTP) [7]. Сплошные символы на Рисунке 5 обозначают скорости горения без растяжения (или, скорее, скорости горения, которые были скорректированы с учетом эффектов скорости растяжения пламени), измеренные Тейлором [16], Вагелопулосом и др. [17], Kwon and Faeth [18] и Verhelst et al. [19]. Пустые символы обозначают другие измерения, в которых не учитывались эффекты скорости растяжения, как сообщили Лю и МакФарлейн [20], Милтон и Кек [21], Ииджима и Такено [22] и Королл и др. [23]. Эти эксперименты приводят к постоянно более высоким скоростям горения, причем разница увеличивается для более бедных смесей.

Водород - чистое топливо без выбросов углерода; при сгорании водорода образуется только вода и пониженное количество оксидов азота. И наоборот, продукты сгорания ископаемого топлива, такие как CO, CO 2 , оксиды азота или другие загрязнители воздуха, вызывают проблемы для здоровья и окружающей среды. Водород поможет сократить выбросы CO 2 , как только его можно будет производить экологически чистым способом либо из ископаемого топлива, в сочетании с процессами, включающими технологии улавливания и хранения CO 2 , либо из возобновляемых источников энергии. Эти особенности делают водород потенциально отличным топливом, отвечающим все более строгим экологическим требованиям в отношении выбросов выхлопных газов из устройств сжигания, включая сокращение выбросов парниковых газов [24–27].

Рис. 5.

Ламинарные скорости горения в зависимости от отношения эквивалентности воздуха к топливу для водородно-воздушного пламени NTP [7]. Экспериментально полученные корреляции получены от Лю и Макфарлейна [20], Милтона и Кека [21], Иидзимы и Такено [22] и Королла и др.[23]. Другие экспериментальные данные взяты из Taylor [16], Vagelopoulos et al. [17], Kwon and Faeth [18] и Verhelst et al. [19].

3. Характеристики метана

Природный газ (КПГ) считается альтернативным автомобильным топливом из-за его экономических и экологических преимуществ [28]. КПГ, представляющий собой чистое топливо с метаном в качестве основного компонента, считается одним из наиболее подходящих видов топлива для двигателей, и его использование было реализовано в двигателях с искровым зажиганием. Однако из-за низкой скорости горения СПГ и его плохой способности сжигать обедненную смесь двигатель с искровым зажиганием на КПГ все еще имеет некоторые недостатки, такие как низкий тепловой КПД, большие колебания от цикла к циклу и плохая способность сжигания обедненной смеси, а это снизить мощность двигателя и увеличить расход топлива [29]. Преимущества КПГ по сравнению с бензином: уникальное сгорание и подходящее смесеобразование; благодаря высокому октановому числу КПГ двигатель работает плавно с высокими степенями сжатия без детонации; КПГ с обедненным качеством сжигания приводит к снижению выбросов выхлопных газов и эксплуатационных расходов на топливо; КПГ имеет более низкую скорость пламени; и долговечность двигателя очень высока.КПГ добывается из газовых скважин или связан с добычей сырой нефти. КПГ состоит в основном из метана (CH 4 ), но часто содержит следовые количества этана, пропана, азота, гелия, диоксида углерода, сероводорода и водяного пара. Метан - основной компонент природного газа [30].

CNG также имеет много других преимуществ. Он имеет высокое октановое число 130, что позволяет двигателю работать с небольшой детонацией при высокой степени сжатия. Кроме того, бензиновые и дизельные двигатели могут быть легко преобразованы в двигатели, работающие на КПГ, без серьезных конструктивных изменений [31].Двигатель, работающий на КПГ, не только обладает хорошим тепловым КПД и высокой мощностью, но и имеет широкий диапазон сгорания. Это является преимуществом при стремлении к обедненному сжиганию, что приводит к низкому расходу топлива и сокращению производства NO x [32]. Двигатель, работающий на КПГ, также имеет очень низкий уровень выбросов твердых частиц по сравнению с другими традиционными двигателями. Эти факты подтверждаются экспериментальным исследованием, проведенным для изучения характеристик сгорания и выбросов как бензина, так и топлива КПГ с использованием преобразованного двигателя с искровым зажиганием [33].В свете этих преимуществ количество транспортных средств, работающих на КПГ, постоянно растет, а старые автомобили переоборудуются в автомобили, работающие на КПГ, путем модификации двигателей [34].

4. Водородно-метановые смеси для двигателей внутреннего сгорания

Традиционно, чтобы улучшить способность сжигания обедненной смеси и скорость горения пламени двигателей на природном газе в условиях обедненного горения, в цилиндре вводят увеличение интенсивности потока, и это Эта мера всегда увеличивает теплопотери на стенку цилиндра и увеличивает температуру сгорания, а также выброс NO x [35].Одним из эффективных методов решения проблемы низкой скорости горения природного газа является смешивание природного газа с топливом, обладающим высокой скоростью горения. Водород считается лучшим газообразным кандидатом для природного газа из-за его очень высокой скорости горения, и ожидается, что эта комбинация улучшит характеристики обедненного горения и снизит выбросы двигателя [36]. Смеси водорода в КПГ могут составлять от 5 до 30% по объему. Гитан - это 15% -ная смесь водорода в КПГ по содержанию энергии, которая была запатентована Фрэнком Линчем из Hydrogen Components Inc, США [37]. Типичная смесь водорода с 20% по объему в СПГ составляет 3% по массе или 7% по энергии. Общее сравнение свойств водорода, КПГ и смеси 5% УВНГ по энергии и бензину приведено в таблице 1. Следует отметить, что свойства УВГП находятся между характеристиками водорода и КПГ [4].

Свойства h3 CNG HCNG Бензин
Стехиометрическая объемная доля в воздухе, (об. %) 29.53 9,43 22,8 1,76
Пределы воспламеняемости в воздухе, (об.%) 4-75 5-15 5-35 1,0-7,6 ​​
Самовоспламенение темп. K 858 813 825 501-744
Температура пламени в воздухе K 2318 2148 2210 2470
Максимальная энергия воспламенения на воздухе, мДж 0.02 0,29 0,21 0,24
Скорость горения в воздухе NTP, см с -1 325 45 110 37-43
Закалочный зазор в воздухе NTP, см 0,064 0,203 0,152 0,2
Коэффициент диффузии в воздухе см 2 с -1 0,63 0,2 0,31 0,08
Процент излучаемой тепловой энергии 17-25 23-33 20-28 30-42
Нормированная излучательная способность пламени 1.00 1,7 1,5 1,7
Коэффициент эквивалентности 0,1-7,1 0,7-4 0,5-5,4 0,7-3,8

Таблица 1.

Общее сравнение свойств водород, КПГ, HCNG и бензин [4].

Водород также имеет очень низкую плотность энергии на единицу объема, и в результате объемная теплотворная способность смеси HCNG уменьшается (таблица 2) по мере увеличения доли водорода в смеси [38].

Свойства CNG HCNG 10 HCNG 20 HCNG 30
H 2 [об.%] 0 10 20 30
H 2 [мас.%] 0 1,21 2,69 4,52
H 2 [энергия%] 0 3.09 6,68 10,94
LHV [MJkg -1 ] 46,28 47,17 48,26 49,61
LHV [MJNm -3 ] 37,16 31,85 29,20
Стехиометрическая смесь LHV [MJNm -3 ] 3,376 3,368 3,359 3,349

Таблица 2.

Свойства смесей КПГ и УВГ с различным содержанием водорода [39]

Многие исследователи изучали влияние добавления водорода к природному газу на характеристики и выбросы в последние несколько лет [40-65].Блариган и Келлер исследовали двигатель с левым впрыском, работающий на смесях природного газа и водорода [40]. Бауэр и Форест провели экспериментальное исследование горения природного газа и водорода в двигателе CFR [41]. Вонг и Карим аналитически исследовали влияние обогащения водородом и добавления водорода на циклические изменения в двигателях с воспламенением от сжатия с однородным зарядом. Результаты показали, что добавление водорода может уменьшить циклические колебания при одновременном расширении рабочей области двигателя [42].Карим и др. теоретически изучил влияние добавления водорода на характеристики горения метана при различных временах зажигания. Теоретические результаты показали, что добавление водорода к природному газу может уменьшить задержку воспламенения и продолжительность горения при том же соотношении эквивалентности. Это указывает на то, что добавление водорода может увеличить скорость распространения пламени, тем самым стабилизируя процесс горения, особенно процесс обедненного горения [43]. Ilbas et al. В работе [44] экспериментально исследованы ламинарные скорости горения смесей водород – воздух и водород – метан – воздух. Они пришли к выводу, что увеличение процентного содержания водорода в водородно-метановой смеси привело к увеличению результирующей скорости горения и к расширению предела воспламеняемости (рис. 6).

Рисунок 6.

Скорости горения и скорость пламени для различного процентного содержания водорода в метане (= 1,0) [44].

Shudo et al., Проанализировали характеристики горения и выбросов двигателя с прямым впрыском метана со стратифицированным зарядом, предварительно смешанным с обедненной водородом смесью [45].Их результаты показали, что система сгорания достигла более высокого теплового КПД за счет более высокой скорости распространения пламени и более низких выбросов выхлопных газов. Увеличение количества предварительно смешанного водорода стабилизирует процесс сгорания для снижения выбросов выхлопных газов HC и CO и увеличивает степень сгорания с постоянным объемом и выбросы NO x . Увеличение выбросов NO x может поддерживаться на более низком уровне с задержкой момента зажигания без снижения улучшенного теплового КПД. Нагалингам и др. [46] исследовали обогащенный водородом СПГ (гитан). Он отметил, что мощность снижена из-за более низкой объемной теплотворной способности водорода по сравнению с метаном. Однако, поскольку скорость пламени водорода была значительно выше, чем у СПГ, для создания максимального тормозного момента (MBT) требовалось меньшее опережение искры. Уоллес и Каттелан экспериментально изучали смеси природного газа и водорода в двигателе внутреннего сгорания. Эксперименты проводились путем изучения выбросов двигателя, работающего на смеси природного газа и примерно 15% водорода по объему [47].

Raman et al. [48] ​​провели экспериментальное исследование двигателей SI, работающих на смесях HCNG от 0% до 30% H 2 в двигателе V8. Авторы наблюдали сокращение выбросов NO x при использовании смесей водорода на 15-20% с некоторым увеличением выбросов углеводородов в результате сверхбедного сгорания. Эксперименты проводились на автомобиле Chevrolet Lumina, который имеет шесть цилиндров, четырехтактный двигатель с водяным охлаждением, с общим объемом цилиндров двигателя 3,135 л, диаметром цилиндра 89 мм, ходом поршня 84 мм и степенью сжатия 8. 8: 1. В их исследовании BSFC смеси 85/15 CNG / H 2 был меньше, чем у природного газа. Значения BSFC снизились как для природного газа, так и для смеси 85/15 CNG / H 2 , в то время как значения времени зажигания (BTDC) увеличились. BSHC КПГ был выше, чем у топливной смеси. Однако значения выбросов BSNO x для смеси 85/15 CNG / H 2 были выше, чем для CNG. Если используется каталитический нейтрализатор, значения BSNO x резко уменьшаются.Ларсен и Уоллес [49] провели экспериментальные испытания двигателей большой мощности, работающих на смесях углеводородного природного газа. Авторы обнаружили, что смеси HCNG повышают эффективность и сокращают выбросы CO, CO 2 и HC. Collier et al. исследовали необработанные выхлопные выбросы двигателя для производства сжатого природного газа, обогащенного водородом (HCNG) [50]. Они использовали смеси водород / ПГ переменного состава и пришли к следующим выводам: добавление водорода увеличивает выбросы NO x при заданном соотношении эквивалентности, в то же время уменьшая общие выбросы углеводородов, что хорошо согласуется с результатами Акансу [51]. Они также обнаружили, что по мере увеличения процентного содержания водорода предел сжигания обедненной смеси значительно увеличивается. Hoekstra et al. [52] наблюдали снижение NO x для процентного содержания водорода до 30%, за пределами этого предела никаких улучшений не наблюдалось. Важным моментом была более высокая скорость пламени и, как следствие, уменьшение угла опережения искры для получения максимального тормозного момента, как уже указали Nagalingam et al. [46]. Wang et al. исследовали поведение сгорания двигателя с прямым впрыском, работающего на различных фракциях смесей ПГ – водород [53].Результаты показали, что эффективный тепловой КПД тормоза увеличивается с увеличением доли водорода при малых и средних нагрузках двигателя. Продолжительность быстрого горения уменьшилась, а скорость тепловыделения и выхлопных NO x увеличилась с увеличением доли водорода в смесях. Их исследование показало, что оптимальная объемная доля водорода в смесях ПГ – водород составляет около 20% для достижения компромисса как в характеристиках двигателя, так и в выбросах.

Ceper [54] исследовал различные смеси CH 4 / H 2 экспериментально и численно.Ее экспериментальное исследование проводилось с четырехтактным четырехцилиндровым двигателем внутреннего сгорания Ford объемом 1,8 литра с водяным охлаждением. CH 4 / H 2 (100/0, 90/10, 80/20, 70/30) газовые топливные смеси топлив были испытаны при различных оборотах двигателя и соотношении избытка воздуха. Kahraman et al. [55] экспериментально исследовали характеристики и выбросы выхлопных газов двигателя с искровым зажиганием, работающего на смеси метана и водорода (100% CH 4 , 10% H 2 + 90% CH 4 , 20% H 2 + 80% Ch5 и 30% H 2 + 70% CH 4 ) при разных оборотах двигателя и разных избыточных соотношениях воздуха.Результаты показали, что при увеличении скорости и коэффициента избытка воздуха значения выбросов CO снизились. Кроме того, увеличение коэффициента избытка воздуха также снизило максимальное пиковое давление в цилиндре. Eper et al. [56] экспериментально проанализировали характеристики и выбросы загрязняющих веществ четырехтактного двигателя с искровым зажиганием, работающего на смеси природного газа с водородом 0%, 10%, 20% и 30% при полной нагрузке и 65% нагрузке для различного избытка воздуха. соотношения. Результаты показали, что при увеличении коэффициента избытка воздуха значения выбросов CO и CO 2 снизились.Кроме того, увеличение коэффициента избытка воздуха привело к снижению значений пикового давления, а за счет увеличения количества H 2 значения пикового давления были близки к ВМТ, а значения термической эффективности тормозов увеличились.

Сиренс и Россель [57] определили, что оптимальный состав HCNG для получения низких выбросов HC и NO x должен варьироваться в зависимости от нагрузки двигателя. Хуанг и др. [58] провели экспериментальное исследование двигателя с непосредственным впрыском и искровым зажиганием, работающего на смесях углеводородного природного газа, при различных временах зажигания и условиях обедненной смеси. Момент зажигания - важный параметр для улучшения характеристик двигателя и сгорания. Dimopoulos et al. [59] оптимизировал современный двигатель легкового автомобиля, работающий на природном газе, для смесей водорода и природного газа и для высоких скоростей рециркуляции выхлопных газов (EGR) в большей части схемы двигателя. Увеличение содержания водорода в топливе ускоряет сгорание, что приводит к повышению эффективности. Анализ «от скважины к колесу» выявил способы производства топливных смесей, которые по-прежнему имеют общие потребности в энергии немного выше, чем у эталонного дизельного автомобиля, но снижают общие выбросы парниковых газов на 7%.

Основываясь на результатах кампании экспериментальных испытаний, проведенных в лабораториях ENEA, Ортенци и др. [60], направленная на определение потенциала использования смесей природного газа и водорода (HCNG) в существующих транспортных средствах с ДВС. Тестируемый автомобиль представлял собой IVECO Daily CNG, первоначально работавший на природном газе, и испытания проводились в ездовом цикле ECE15 для сравнения уровней выбросов исходной конфигурации (CNG) с результатами, полученными с различными смесями (процентное содержание водорода в топливе ) и стратегии контроля (стехиометрический или обедненный ожог). Дулгер численно исследовал двигатель SI, работающий на смеси 80% КПГ и 20% H 2 [61]. Swain et al. [62] и Юсуф [63] исследовали ту же смесь с другим двигателем. Юсуф использовал двигатель типа Toyota 2TC со следующими характеристиками: год 1976 1: 6 л, 1588 куб.см, максимальная мощность 88 и максимальная скорость 6000 об / мин, диаметр цилиндра 85 мм, ход поршня 70 мм, степень сжатия 9,0: 1 и четырехцилиндровый двигатель. . Двигатель был испытан при 1000 об / мин с использованием опережения зажигания с максимальной эффективностью и легких нагрузок.Когда смесь метана и водорода сравнивалась с работой на чистом метане с теми же отношениями эквивалентности, смесь метана и водорода увеличивала выбросы BTE и NO x при одновременном снижении преимущества от искры наивысшего КПД, несгоревших углеводородов и CO. природного газа снизилось с 0,61 до 0,54. Предел обедненной смеси был определен как работа, при которой не менее 38% циклов не завершают сгорание. За счет добавления водорода эквивалентные отношения могут быть уменьшены примерно на 15% без увеличения продолжительности горения и задержки воспламенения.

Ma и Wang [64] экспериментально исследовали расширение предела работы на обедненной смеси посредством добавления водорода в двигатель SI, которое проводилось на шестицилиндровом двигателе с впрыском природного газа в корпус дроссельной заслонки. Для сравнения использовали четыре уровня увеличения содержания водорода: 0%, 10%, 30% и 50% по объему. Их результаты показали, что предел работы двигателя на обедненной смеси может быть увеличен за счет добавления водорода и увеличения уровня нагрузки (давления во впускном коллекторе). Влияние частоты вращения двигателя на предел работы на обедненной смеси меньше.При низком уровне нагрузки увеличение оборотов двигателя полезно для увеличения предела работы на обедненной смеси, но это неверно при высоком уровне нагрузки. Влияние оборотов двигателя еще слабее, когда двигатель переключается на топливо, обогащенное водородом. Время зажигания также влияет на предел работы на обедненной смеси, и использование как чрезмерно запаздывающих, так и слишком опережающих моментов зажигания не рекомендуется. Дорожные испытания автобусов городского транспорта были проведены Genovese et al. [65], сравнивая потребление энергии и выбросы выхлопных газов для смесей ПГ и УВНГ с содержанием водорода от 5% до 25% по объему.Авторы обнаружили, что средний КПД двигателя в течение ездового цикла увеличивается с увеличением содержания водорода, а выбросы NO x были выше для смесей с 20% и 25% водорода, несмотря на принятые относительные бедные соотношения воздух-топливо и отсроченное зажигание. Изучив основные экспериментальные статьи, опубликованные в прошлом, мы пришли к выводу, что численный анализ также играет фундаментальную роль в исследовательской деятельности, позволяя лучше спланировать экспериментальные тесты с точки зрения экономии затрат и сокращения времени [66-70].

4.1. Выбросы

Загрязнение воздуха быстро становится серьезной глобальной проблемой, возникающей из-за роста населения и его последующих потребностей. Это привело к увеличению использования водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Ресурсы водорода огромны, и он считается одним из самых перспективных видов топлива для автомобильного сектора. Поскольку необходимая водородная инфраструктура и заправочные станции в настоящее время не удовлетворяют спрос, широкое внедрение водородных транспортных средств в ближайшем будущем невозможно.Одно из решений этой проблемы - смешать водород с метаном. Такие типы смесей используют уникальные свойства водорода при горении и в то же время снижают потребность в чистом водороде. Обогащение природного газа водородом могло бы стать потенциальной альтернативой обычным углеводородным топливам для двигателей внутреннего сгорания [71].

При проведении экспериментальных исследований или имитационных исследований поршневых двигателей большое внимание уделяется выбросам загрязняющих веществ CO, HC и NO x .Тем не менее, хотя CO 2 является одним из наиболее важных парниковых газов, эти выбросы обычно не принимаются во внимание, а измерения и расчеты выбросов CO 2 не включены во многие исследования [72].

Затраты на топливо и их отношение к эквиваленту CO 2 выбросов представлены на рисунке 7 для нескольких видов топлива ([73] и данные авторов). Как видно, глобальные выбросы CO 2 , связанные с КПГ, и его стоимость ниже, чем выбросы, производимые бензином или дизелем.Водород производит меньше выбросов CO 2 , чем КПГ, бензин или дизельное топливо, но водород всегда поступает из возобновляемых источников. Из-за высокой цены на сырую нефть в некоторых случаях стоимость H 2 ниже, чем у бензина или дизельного топлива. В любом случае эти данные были подготовлены без учета возможных эффектов увеличения спроса или массового производства [72].

Рисунок 7.

Стоимость и выбросы CO2 для нескольких видов топлива [72].

Все эти рабочие параметры имеют прямую связь с производимыми выбросами выхлопных газов, часто с противоречивыми эффектами.Например, хотя более высокие степени сжатия предпочтительны для повышения термического КПД, они также приводят к более высоким выбросам NO x из-за результирующих более высоких температур камеры сгорания. Это также имеет место при работе со стехиометрическими топливно-воздушными смесями, как показано на Рисунке 8 (который применим к бензиновым двигателям, но общие тенденции аналогичны и для двигателей, работающих на природном газе). Кроме того, в то время как сжигание обедненных топливно-воздушных смесей (<1) приводит к низким выбросам NO x (как видно из рис.7) это также может привести к снижению выходной мощности. Однако работа двигателя на богатых топливом смесях (> 1) также нежелательна, что приводит к высоким выбросам несгоревших углеводородов и CO. Пределы детонации также являются важным фактором при выборе идеальных рабочих параметров. Например, если двигатель работает со слишком высокой степенью сжатия, сопротивление детонации снижается. Это потребует замедления искры по отношению к ВМТ сгорания (что может повлиять на тепловой КПД и, следовательно, на выходную мощность, а также на выбросы выхлопных газов) [74].

На рис. 9 показаны значения BSNO x (г / кВт · ч) в сравнении с коэффициентами эквивалентности из различных исследований [75]. Как видно на этом рисунке, согласно исследованиям, с увеличением процента H 2 значения BSNO x увеличиваются или уменьшаются. Согласно ссылкам [62,49,57] и Бауэру и Форесту [41] (в графиках нет значений данных), с увеличением H 2 в процентах значения BSNO x увеличиваются. Однако в экспериментах, проведенных Раманом и соавт.[48], с увеличением процента h3 значения BSNO x уменьшаются. Кроме того, если отношения эквивалентности уменьшаются, значения BSNOx достигают низкого значения. Интересно отметить, что Hoekstra et al. [52], а также Ларсен и Уоллес [49] получили чрезвычайно низкие выбросы NO x .

Рис. 8.

Типичные тренды NO, HC и CO с коэффициентом эквивалентности в двигателе SI, адаптированные из [74].

На рисунке 10 показаны значения BSHC (г / кВт · ч), полученные в различных исследованиях [75].Как видно на этом рисунке, с увеличением процентного содержания H 2 и коэффициента эквивалентности значения BSHC уменьшаются. Если 100% топлива должно быть H 2 , значение BSHC будет равно нулю. Можно сказать, что значения BSHC уменьшаются с увеличением количества H 2 . Увеличивая отношения эквивалентности, Свейн и др. [62] получили самые высокие значения BSHC в этих исследованиях. Максимальное значение составляет около 64 г / кВт ч для смеси с 20% H 2 и 80% CH 4 с = 0,60. Однако выбросы углеводородов из смеси 20% H 2 и 80% CH 4 меньше, чем у чистого метана [62].На этом рисунке значения BSHC для Ref. [49] имеют наибольшее значение. Значения BSHC увеличиваются с увеличением нагрузки на двигатель.

Рис. 9.

Значения BSNOx (г / кВтч) в различных исследованиях в сравнении с соотношениями эквивалентности [75].

Рис. 10.

Значения удельных углеводородов в тормозной системе (BSHC г / кВт · ч) в различных исследованиях [75].

Ларсен и Уоллес получили значения CO 1,65 и 2:41 г / кВт ч при 1500 об / мин и эквивалентное соотношение = 0,65, используя 85/15 CNG / H 2 и 100% CNG, соответственно [49]. Юсуф измерил, что все конфигурации двигателя / топлива работают одинаково в нормальных рабочих диапазонах. Важная вариация произошла с богатыми смесями. Кроме того, смесь 80/20 CH 4 / H 2 показала небольшое, но значительное снижение выхода BSCO [62,63]. Эксперименты Бауэра и Фореста показали, что производство CO во многом зависит от стехиометрии сгорания и в меньшей степени от двигателя. Они получили общее снижение BSCO с добавлением водорода из-за уменьшения содержания углерода в топливе.Они добавили до 60% водорода по объему и обнаружили, что BSCO снизился до 20 г / кВт · ч (60/40 CH 4 / H 2 ) при = 1,0. В сверхбедной области (<0,4) было отмечено увеличение BSCO из-за неполного сгорания в сочетании с резким падением мощности [41]. На рисунке 11 показаны значения выбросов BSCO из некоторых исследований [75]. Как видно на этом рисунке, значение между 0,65 и 0,8 ставит значения BSCO на крайне низкий уровень.

Рис. 11.

Значения BSCO (г / кВт · ч) в зависимости от соотношения эквивалентности в различных исследованиях [75].

На рисунке 12 показаны выбросы NOx, HC, CO и CO в тормозной системе 2 в зависимости от доли водорода при различных временах впрыска [76]. Выбросы NOx при торможении увеличиваются с увеличением доли водорода, когда доля водорода составляет менее 10%, и уменьшается с увеличением доли водорода, когда доля водорода превышает 10% при различных временах впрыска. Этому способствует комплексное влияние температуры в цилиндре, коэффициента избытка воздуха и продолжительности сгорания. Поскольку коэффициент избытка воздуха в этом эксперименте больше 1.0 и продолжительность горения немного уменьшается с увеличением доли водорода, влияние температуры газа в баллоне играет важную роль, таким образом, тенденция выбросов NO x при торможении согласуется с тенденцией максимальной средней температуры газа. Выброс тормозных УВ снижается с увеличением доли водорода. Это связано с тем, что дистанция гашения топливных смесей уменьшается, а предел воспламеняемости обедненной смеси топливных смесей природного газа и водорода увеличивается с добавлением водорода. Между тем, сгорание улучшается с увеличением доли водорода, и это

AP Энтальпия

Калориметрия
Изменения температуры, вызванные реакцией, вместе взятые со значениями теплоемкости и массы реагирующей системы, позволяет определить теплоту реакции.
Тепловую энергию можно измерить, наблюдая за тем, как температура известной массы воды (или другого вещества) изменяется при добавлении тепла или удалено.По сути, так определяется наибольшая теплота реакции. Реакция осуществляется в каком-то изолированном контейнере, где тепло абсорбируется или выделяется в результате реакции, вызывает повышение температуры содержимого изменить. Это изменение температуры измеряется и количество тепла, которое вызванное изменение рассчитывается путем умножения изменения температуры на теплоемкость системы.
Аппарат, используемый для измерения изменения температуры Реагирующая система называется калориметром (то есть калориметром). Наука об использовании такого устройства и получаемых с его помощью данных называется калориметрия. Конструкция калориметра нестандартная и отличается калориметры используются для требуемой точности. Один очень простой Дизайн, используемый во многих лабораториях общей химии, - это «кофейная чашка» из пенополистирола. калориметр, который обычно состоит из двух вложенных друг в друга чашек из пенополистирола.
Когда реакция происходит при постоянном давлении внутри пенополистирола кофейный калориметр, изменение энтальпии связано с нагревом, и тепло теряется в лаборатории (или извлекается из нее).Если в результате реакции выделяется тепло, например, почти вся она остается внутри калориметра, количество тепла, поглощенного или выделяемого в результате реакции.
Пример задачи
Реакция кислоты, такой как HCl, с основанием, таким как NaOH в воде протекает экзотермическая реакция
HCl (водн. ) + NaOH (водн.) ---> NaCl (водн.) + H 2 O
В одном эксперименте студент занял 50-е место.0 мл 1,00 М HCl в калориметре кофейной чашки и тщательно измерил его температуру. 25,5 o ° C. К этому добавляли 50,0 мл 1,00 М раствора NaOH, который температура была также 25,5 o ° C. Смесь быстро перемешивали, и студент заметил, что температура смеси поднялась до 32,4 o С. Какова была накал реакции?
Допущения
Это растворы, а не чистая вода.Удельная теплоемкость воды 4,184 Дж / г o C. Предположим, что эти растворы близки достаточно, чтобы быть похожими на воду, их удельная теплоемкость также составляет 4,1984 Дж / г o C.
Плотность воды составляет 1,00 г / мл, и даже если они растворов можно предположить, что они достаточно близки к воде, чтобы иметь такая же плотность.
Решение
Рассчитайте фактически выделяемое тепло.

q = mc Δ t

Заполните недостающую информацию. У нас есть мл и нам нужны граммы.
Используйте плотность. (50 мл + 50 мл) = 100 мл раствора.
100 мл X 1 г = 100 грамм раствора.(м = V X D)
мл
Найдите изменение температуры.
Δ t = t конечный - t начальный = 32,4 o C - 25,5 o C = 6,9 o C
q = mc Δ t
= 100 грамм X 4. 184 Дж X 6.9 o C
г o C
= 2,9 X 10 3 Дж
Это тепло, получаемое водой, но на самом деле это потери тепла при взаимодействии HCl и NaOH, поэтому q = -2,9 x 10 3 Дж.
i.е. это экзотермическая реакция, тепло было потеряно для воды и стало теплее.
Это только частично. Это тепло, выделяемое для те конкретные использованные количества. (Обратите внимание, что мы использовали идентичные суммы, чтобы сохранить эти решения простые). Нам нужно найти количество тепла, выделяемого на моль.
Сколько HCl мы вообще использовали?
50.0 мл HCl X 1,00 моль HCl = 0,0500 моль HCl
1000 мл HCl
Использовали такое же количество основания, 0,0500 моль NaOH.
Чтобы вычислить энергию на моль кислоты или основания, разделите количество джоулей на количество молей.
т.е. молярная энтальпия = Дж / моль = -2.9 x 10 3 Дж / 0,0500 моль
= -5,8 x 10 4 Дж / моль
= -58000 Дж / моль
= -58 кДж / моль
Следовательно, для нейтрализации HCl и NaOH энтальпия изменение, часто называемое энтальпией реакции, составляет Δ H = -58 кДж / моль
Калориметр бомбы
Тип калориметра, используемый для очень точных измерений Теплота реакции называется калориметром бомбы.Он используется для измерения изменения энергии для реакций, которые не произойдут, пока они не будут инициировал, например, возгорание, которое необходимо воспламенить. Реагенты помещаются в «бомбу», которую затем запечатывают и погружают в большую, хорошо изолированный чан с водой. Когда реакция начинается, любое тепло, которое высвобождается, поглощается бомбой, водой и любой частью оборудование, застрявшее в воде, и температура всего содержимого чана поднимается.Мешалка обеспечивает равномерное распределение выделяемого тепла. распространяется до того, как будет считана окончательная температура. От изменения температуры и теплоемкость калориметра (вода плюс все в воде), рассчитывается выделяемое тепло.
Пример проблемы:
Образец сахарозы (столового сахара) массой 1,32 г. сгорел в калориметре бомбы.Теплоемкость этого калориметра составляла ранее было установлено, что 9,43 кДж / o C. Температура изменилась от 25,00 o C до 27,31 o C. Рассчитайте теплоту сгорания сахарозы в килоджоулей на моль. Формула сахарозы: C 12 H 22 O 11 .
Решение
Δ т равно 2.31 O C. Для каждого степени увеличения, реакция развивалась 9,43 кДж, как мы знаем из теплоемкость. Следовательно, общее выделенное тепло составляет
E = 2,31 o C X 9,43 кДж = 21,8 кДж
о С
Это тепло образовалось в результате сгорания 1.32 г сахарозы.
моль = г / молекулярная масса
= 1,32 г / 342,3 г / моль
= 3,86 x 10 -3 моль сахарозы.
Следовательно, количество тепла, выделяемое на моль сахарозы, равно
21.8 кДж = 5,65 x 10 3 кДж / моль
3,86 x 10 -3 моль
Поскольку горение экзотермическое, это должно быть указано знак минус и отображается как -5,65 x 10 3 кДж / моль для тепла сжигания сахарозы.
Перейти Рабочий лист энтальпийной калориметрии

Давление в цилиндре, рабочие параметры, тепловыделение, удельная теплоемкость и продолжительность сгорания для двигателя с искровым зажиганием

Автор

Abstract

Были проведены экспериментальные работы по исследованию давления в цилиндре, рабочих параметров, тепловыделения, удельного теплоотдачи и продолжительности сгорания для многоцилиндрового двигателя с искровым зажиганием (SIE).Давление в цилиндре было измерено для бензина, керосина и сжиженных углеводородных газов (СНГ) отдельно в качестве топлива для SIE. Быстрое преобразование Фурье (БПФ) использовалось для преобразования данных о давлении в цилиндрах из временной области в частотную для разработки эмпирической корреляции для расчета давлений в цилиндрах при разных оборотах двигателя и разных топливах. Кроме того, для восстановления давления в цилиндре во временной области использовалось обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ). Результаты показали хорошее соответствие между измеренным давлением в цилиндре и восстановленным давлением в цилиндре во временной области с разными оборотами двигателя и разными видами топлива.Измеренное давление в цилиндре и гидравлический динаматор служили источником данных для расчета рабочих параметров двигателя. Первый закон термодинамики и однозонная модель тепловыделения с зависящим от температуры коэффициентом теплоемкости γ (T) были основными инструментами для расчета тепловыделения и теплопередачи к стенкам цилиндра. Эмпирическая корреляция третьего порядка для расчета γ (T) была одним из основных преимуществ настоящего исследования. Корреляция хорошо согласуется с данными других исследователей в широком диапазоне температур.Для керосина давление в баллонах выше, чем для бензина и сжиженного нефтяного газа из-за высокой объемной эффективности, когда плотность керосина (отношение массы к объему) выше, чем у бензина и сжиженного нефтяного газа. Кроме того, теплотворная способность керосина выше, чем у бензина, что способствует выделению тепла и увеличению давления. Продолжительность сгорания для различных скоростей двигателя определялась с использованием четырех различных методов: (I) масса сожженного топлива, (II) изменение энтропии, (III) зависящий от температуры коэффициент удельной теплоемкости γ (T) и (IV) логарифмическая шкала (P&V) .Продолжительность горения керосина меньше, чем у бензина и сжиженного нефтяного газа из-за высокой скорости тепловыделения. Метод измерения давления в цилиндре - полезный инструмент для понимания и анализа характеристик сгорания и определения надежных статистических данных, которые нельзя измерить напрямую. Настоящая работа вносит вклад в определение характеристик горения, разработку и оптимальные условия эксплуатации МИП для различных видов топлива.

Рекомендуемое цитирование

  • Шехата, М.С., 2010. « Давление в цилиндре, рабочие параметры, тепловыделение, удельная теплоемкость и продолжительность сгорания для двигателя с искровым зажиганием », Энергия, Elsevier, т. 35 (12), страницы 4710-4725.
  • Обозначение: RePEc: eee: energy: v: 35: y: 2010: i: 12: p: 4710-4725
    DOI: 10.1016 / j.energy.2010.09.027

    Скачать полный текст от издателя

    Поскольку доступ к этому документу ограничен, вы можете найти его другую версию.

    Цитаты

    Цитаты извлекаются проектом CitEc, подпишитесь на его RSS-канал для этого элемента.


    Цитируется:

    1. Mwangi, John Kennedy & Lee, Wen-Jhy & Chang, Yu-Cheng & Chen, Chia-Yang & Wang, Lin-Chi, 2015. " Обзор: Энергосбережение и снижение загрязнения окружающей среды за счет использования экологически чистых топливных смесей в дизельных двигателях ", Прикладная энергия, Elsevier, vol. 159 (C), страницы 214-236.
    2. Бодиско, Тимоти и Браун, Ричард Дж., 2013. « Межцикловая изменчивость параметров давления в цилиндрах в дизельном двигателе с общей топливной магистралью, обработанном этанолом, », Энергия, Elsevier, т.52 (C), страницы 55-65.
    3. Мён, Ча-Ли и Чой, Кванхи и Ким, Джувон и Лим, Юнсун и Ли, Чонте и Пак, Симсу, 2012 г. « Сравнительное исследование регулируемых и нерегулируемых характеристик токсичных выбросов легкового автомобиля с непосредственным впрыском искрового зажигания, работающего на бензине и сжиженном нефтяном газе (сжиженный нефтяной ,» Энергия, Elsevier, т. 44 (1), страницы 189–196.
    4. Эль-Сиси, Ахмед И. и Хассан, Хамди, 2019. « Исследование влияния добавления оксида графена, нанопластинок графена и многослойных углеродных нанотрубок с метиловым эфиром н-бутанола и ятрофы на характеристики дизельного двигателя », Возобновляемая энергия, Elsevier, vol.132 (C), страницы 558-574.
    5. Джуади, Амель и Бентахар, Фатиха, 2016. « Исследование горения двигателя с искровым зажиганием от циклов давления », Энергия, Elsevier, т. 101 (C), страницы 211-217.
    6. Эль-Сиси, Ахмед И. и Хассан, Хамди и Оокавара, С., 2018. « Влияние добавления графеновых нанопластинок к смеси биодизель-дизель из ятрофы на рабочие характеристики и характеристики выбросов дизельного двигателя », Энергия, Elsevier, т. 147 (C), страницы 1129-1152.
    7. Марото, Фадила и Саад, Шарбель, 2013 г. « Моделирование сгорания дизельного двигателя для аппаратного обеспечения в приложениях с контурами: эффекты времени задержки зажигания, модель », Энергия, Elsevier, т. 57 (C), страницы 641-652.
    8. Чжан, Шуанлу и Чжао, Чанлу и Чжао, Чжэньфэн и Ма, Фукан, 2015. " Анализ характеристик горения бес гидравлического поршневого дизельного двигателя ," Прикладная энергия, Elsevier, vol. 160 (C), страницы 761-768.

    Исправления

    Все материалы на этом сайте предоставлены соответствующими издателями и авторами.Вы можете помочь исправить ошибки и упущения. При запросе исправления укажите идентификатор этого элемента: RePEc: eee: energy: v: 35: y: 2010: i: 12: p: 4710-4725 . См. Общую информацию о том, как исправить материал в RePEc.

    По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, названия, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь: (Haili He). Общие контактные данные провайдера: http://www.journals.elsevier.com/energy .

    Если вы создали этот элемент и еще не зарегистрированы в RePEc, мы рекомендуем вам сделать это здесь.Это позволяет связать ваш профиль с этим элементом. Это также позволяет вам принимать возможные ссылки на этот элемент, в отношении которого мы не уверены.

    У нас нет ссылок на этот товар. Вы можете помочь добавить их, используя эту форму .

    Если вам известно об отсутствующих элементах, цитирующих этот элемент, вы можете помочь нам создать эти ссылки, добавив соответствующие ссылки таким же образом, как указано выше, для каждого элемента ссылки. Если вы являетесь зарегистрированным автором этого элемента, вы также можете проверить вкладку «Цитаты» в своем профиле RePEc Author Service, так как там могут быть некоторые цитаты, ожидающие подтверждения.

    Обратите внимание, что на фильтрацию исправлений может уйти несколько недель. различные сервисы RePEc.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *