Выделение тепла при сгорании топлива

Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

В таблицах представлена массовая удельная теплота сгорания топлива (жидкого, твердого и газообразного) и некоторых других горючих материалов. Рассмотрено такое топливо, как: уголь, дрова, кокс, торф, керосин, нефть, спирт, бензин, природный газ и т. д.

При экзотермической реакции окисления топлива его химическая энергия переходит в тепловую с выделением определенного количества теплоты. Образующуюся тепловую энергию принято называть теплотой сгорания топлива. Она зависит от его химического состава, влажности и является основным показателем топлива. Теплота сгорания топлива, отнесенная на 1 кг массы или 1 м³ объема образует массовую или объемную удельную теплоты сгорания.

Удельной теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема твердого, жидкого или газообразного топлива. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Дж/кг или Дж/м³.

Удельную теплоту сгорания топлива можно определить экспериментально или вычислить аналитически. Экспериментальные методы определения теплотворной способности основаны на практическом измерении количества теплоты, выделившейся при горении топлива, например в калориметре с термостатом и бомбой для сжигания. Для топлива с известным химическим составом удельную теплоту сгорания можно определить по формуле Менделеева.

Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания. Высшая теплота сгорания равна максимальному количеству теплоты, выделяемому при полном сгорании топлива, с учетом тепла затраченного на испарение влаги, содержащейся в топливе. Низшая теплота сгорания меньше значения высшей на величину теплоты конденсации водяного пара, который образуется из влаги топлива и водорода органической массы, превращающегося при горении в воду.

Для определения показателей качества топлива, а также в теплотехнических расчетах обычно используют низшую удельную теплоту сгорания, которая является важнейшей тепловой и эксплуатационной характеристикой топлива и приведена в таблицах ниже.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·10⁶ Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

К топливам с низкой энергоэффективностью можно отнести древесину, дрова, порох, фрезторф, горючие сланцы. Например, удельная теплота сгорания дров составляет 8,4…12,5, а пороха — всего 3,8 МДж/кг.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Приведена таблица удельной теплоты сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей. Следует отметить, что высоким тепловыделением при сгорании отличаются такие топлива, как: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо и нефть.

Удельная теплота сгорания спирта и ацетона существенно ниже традиционных моторных топлив. Кроме того, относительно низким значением теплоты сгорания обладает жидкое ракетное топливо и этиленгликоль — при полном сгорании 1 кг этих углеводородов выделится количество теплоты, равное 9,2 и 13,3 МДж, соответственно.

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов

Представлена таблица удельной теплоты сгорания газообразного топлива и некоторых других горючих газов в размерности МДж/кг. Из рассмотренных газов наибольшей массовой удельной теплотой сгорания отличается водород. При полном сгорании одного килограмма этого газа выделится 119,83 МДж тепла. Также высокой теплотворной способностью обладает такое топливо, как природный газ — удельная теплота сгорания природного газа равна 41…49 МДж/кг (у чистого метана 50 МДж/кг).

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.

Источники:

1. Абрютин А. А. и др. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод.
2. ГОСТ 147-2013 Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания.
3. ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
4. ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
5. ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.
6. Земский Г. Т. Огнеопасные свойства неорганических и органических материалов: справочник М.: ВНИИПО, 2016 — 970 с.

Молярная теплота сгорания топлива Учебник по химии

Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

Молярная теплота сгорания (молярная энтальпия сгорания) некоторых обычных веществ, используемых в качестве топлива

Углеводороды, такие как алканы, и спирты, такие как алканолы, могут использоваться в качестве топлива.

Когда алкан полностью сгорает в избытке газообразного кислорода, продуктами реакции являются диоксид углерода (CO _{2 (г)} ) и вода (H ₂ O _(г) , которая конденсируется до H ₂ O). _(л) при комнатной температуре и давлении).

алкан + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

Молярная теплота сгорания алкана (молярная энтальпия сгорания алкана) - это количество тепловой энергии, выделяющейся, когда 1 моль алкана сгорает в избытке газообразного кислорода.

Когда алканол полностью сгорает в избытке газообразного кислорода, продуктами реакции являются диоксид углерода (CO _{2 (г)} ) и вода (H ₂ O _(г) , которая конденсируется до H ₂ O). _(л) при комнатной температуре и давлении).

алканол + избыток газообразного кислорода → газообразный диоксид углерода + водяной пар

Молярная теплота сгорания алканола (молярная энтальпия сгорания алканола) - это количество тепловой энергии, выделяющейся, когда 1 моль алканола сгорает в избытке газообразного кислорода.

Чтобы определить молярную теплоту сгорания , нам необходимо определить, сколько моль вещества было израсходовано в реакции горения, поэтому вещество должно быть чистым. ¹

Молярная теплота сгорания (молярная энтальпия сгорания) некоторых обычных алканов и спиртов, используемых в качестве топлива, представлена ​​в таблице ниже в единицах килоджоулей на моль (кДж-моль ^-1 ) ² .

Обратите внимание, что химические уравнения, представляющие каждую из реакций горения, сбалансированы таким образом, что используется 1 моль сгоревшего вещества, топлива.
Реакция горения происходит в избытке газообразного кислорода, избытке O _{2 (г)} , поэтому вполне нормально использовать доли O _{2 (г)} , чтобы сбалансировать уравнение, потому что нас действительно интересует только энергия, выделяемая на моль топлива, а не на моль газообразного кислорода.

Из таблицы видно, что 1 моль газообразного метана, CH _{4 (г)} , подвергается полному сгоранию в избытке газообразного кислорода, выделяя 890 кДж тепла.
Молярная теплота сгорания газообразного метана приведена в таблице как положительное значение, 890 кДж · моль ^-1 .
Изменение энтальпии при сгорании газообразного метана указано в таблице как отрицательное значение, ΔH = -890 кДж · моль ^-1 , потому что реакция производит энергию (это экзотермическая реакция).
Мы могли бы написать химическое уравнение для представления сгорания 1 моля газообразного метана как:

CH _{4 (г)} + 2O _{2 (г)} → CO _{2 (г)} + 2H ₂ O _(г) ΔH = -890 кДж моль ^-1

Но сколько энергии выделяется, если 2 моля метана полностью сгорают?
Когда мы пишем химическое уравнение для этой реакции, мы должны умножить каждый член на два ( × 2 ), включая значение ΔH:

2 × CH _{4 (г)} + 2 × 2O _{2 (г)} → 2 × CO _{2 (г)} + 2 × 2H ₂ O _(г) ΔH = 2 × -890 кДж моль ^-1

2 CH _{4 (г)} + 4 O _{2 (г)} → 2 CO _{2 (г)} + 4 H ₂ O _(г) ΔH = -1780 кДж моль ^-1

2 моля метана полностью сгорят с выделением 2 × 890 = 1780 кДж тепла.

Точно так же, если у нас есть только половина моля метана, который подвергается полному сгоранию, мы должны умножить каждый член в химическом уравнении, включая значение ΔH, на ½ , как показано в химических уравнениях ниже:

½ × CH _{4 (г)} + ½ × 2O _{2 (г)} → ½ × CO _{2 (г)} + ½ × 2H ₂ O _(г) ΔH = ½ × -890 кДж моль ^-1

½ CH _{4 (г)} + O _{2 (г)} → ½ CO _{2 (г)} + H ₂ O _(г) ΔH = -445 кДж моль ^-1

½ моля метана сгорит с выделением ½ × 890 = 445 кДж тепла.

В общем, количество тепловой энергии, выделяемой при сгорании n молей топлива, равно значению молярной теплоты сгорания топлива, умноженной на количество молей сгоревшего топлива.

выделяемого тепла (кДж) = n (моль) × молярная энтальпия сгорания (кДж моль ^-1 )

(Дополнительные примеры таких расчетов см. В Руководстве по расчетам изменений энтлапии для учебника по химическим реакциям)

В этом разделе мы рассмотрели, как использовать таблицы значений молярной энтальпии сгорания чистых веществ, чтобы вычислить, сколько тепловой энергии будет выделено, когда известные количества вещества будут сожжены в избытке газообразного кислорода.
Но откуда эти значения?
Значения молярной энтальпии сгорания могут быть определены с помощью лабораторных экспериментов.
В следующем разделе мы обсудим эксперимент, который вы могли бы провести, чтобы определить молярную теплоту сгорания спирта.

Измерение молярной теплоты сгорания жидкого топлива (измерение молярной энтальпии сгорания жидкого топлива)

В школьной лаборатории можно определить молярную теплоту сгорания (энтальпию сгорания) жидкого топлива, такого как спирт, используя процедуру, описанную ниже: ³

1. В колбу, химический стакан или банку наливают известное количество воды.
2. Термометр расположен так, чтобы его колба (резервуар) находилась ближе к середине объема воды.
3. В спиртовку помещается известное количество топлива, например спирт (алканол).
4. Начальная температура воды измеряется и записывается (T _i ).
5. Фитиль спиртовой горелки горит, сжигая топливо и нагревая воду.
6. Когда температура воды значительно повысилась, спиртовая горелка гаснет, и максимальная достигнутая температура записывается как конечная температура (T _f ).
7. Окончательное количество топлива измеряется и записывается.

Типичные результаты эксперимента, в котором энергия, выделяемая при полном сгорании этанола, используется для нагрева 200 г воды, показаны ниже:

Примечание:

• Температура воды увеличивается, поскольку при сгорании топлива выделяется энергия, которая нагревает воду.
• Масса топлива уменьшается, так как оно расходуется в реакции сгорания.

Результаты этого эксперимента можно затем использовать для расчета молярной теплоты сгорания этанола (молярной энтальпии сгорания этанола), как показано ниже:

Шаги для расчета молярной энтальпии сгорания этанола с использованием этих экспериментальных результатов:

1. Рассчитать количество молей (n) израсходованного топлива

   моль = масса ÷ молярная масса

   масс использованного этанола = 1.75 г (из опыта)

   молярная масса (M) этанола (C ₂ H ₅ OH)

   = (2 × 12,01) + (6 × 1,008) + 16,00 (из периодической таблицы)

   = 46,1 г моль ^-1

   n (этанол) = масса ÷ молярная масса

   = 1,75 г ÷ 46,1 г моль ^-1

   = 0,0380 моль

2. Рассчитать энергию, необходимую для изменения температуры воды:

   энергия, поглощенная водой = удельная теплоемкость воды × масса воды × изменение температуры воды

   удельная теплоемкость воды = c _г = 4.184 Дж ° C ^-1 г ^-1 (технический паспорт)

   масса воды = 200 г (из опыта)

   изменение температуры воды = 55 ° C (из эксперимента)

   энергии, поглощенной водой = 4,184 Дж ° C ^-1 г ^-1 × 200 г × 55 ° C

   = 46024 Дж

   Преобразуйте энергию в Дж в кДж, разделив на 1000:

   энергия = 46024 Дж ÷ 1000 Дж / кДж

   = 46.024 кДж

3. Рассчитайте молярную теплоту сгорания этанола (молярную энтальпию сгорания этанола):

   Предположим, что все тепло, произведенное при сжигании этанола, ушло на нагрев воды, то есть тепло не было потрачено впустую.
   Тогда мы можем сказать, что

   Из

   0,0380 моль этанола выделено 46,024 кДж тепла.

   Следовательно, 1 моль этанола даст:

   тепловой энергии на моль этанола = 46.024 кДж ÷ 0,0380 моль

   = 1211 кДж моль ^-1

   Следовательно, молярная теплота сгорания этанола составляет 1211 кДж моль ^-1
   (молярная энтальпия сгорания этанола составляет 1211 кДж моль ^-1 ).

   (Обратите внимание, что изменение энтальпии для реакции отрицательное, потому что реакция экзотермическая, поэтому изменение энтальпии для реакции составляет -1211 кДж моль ^-1 , ΔH = -1211 кДж моль ^-1 )

Экспериментально определенное значение молярной теплоты сгорания этанола обычно меньше принятого значения 1368 кДж / моль ^-1 , поскольку некоторое количество тепла всегда теряется в атмосферу и при нагревании сосуда.

План эксперимента можно улучшить, пытаясь свести к минимуму потери тепла в окружающую среду, например, окружив всю экспериментальную установку металлическими стенами.
Безусловно, лучший способ минимизировать потери тепла в окружающую среду - это использовать калориметр-бомбу.

Сгорание в дизельных двигателях

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : В дизельных двигателях топливо впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия. Во время фазы, известной как задержка воспламенения, распыляемое топливо распыляется на мелкие капли, испаряется и смешивается с воздухом.По мере того как поршень продолжает приближаться к верхней мертвой точке, температура смеси достигает температуры воспламенения топлива, вызывая воспламенение некоторого количества предварительно смешанного топлива и воздуха. Остаток топлива, которое не участвовало в предварительно приготовленном сгорании, расходуется на фазе сгорания с регулируемой скоростью.

Компоненты процесса горения

Сгорание в дизельных двигателях очень сложно, и до 1990-х годов его подробные механизмы не были хорошо изучены. В течение десятилетий его сложность, казалось, не поддавалась попыткам исследователей раскрыть его многочисленные секреты, несмотря на доступность современных инструментов, таких как высокоскоростная фотография, используемая в «прозрачных» двигателях, вычислительная мощность современных компьютеров и множество математических моделей, предназначенных для имитации горения в дизельном топливе. двигатели.Применение лазерного изображения к обычному процессу сжигания дизельного топлива в 1990-х годах было ключом к значительному углублению понимания этого процесса.

В этой статье мы рассмотрим наиболее известную модель сгорания обычного дизельного двигателя . Это «обычное» сгорание дизельного топлива в первую очередь регулируется смешиванием, возможно, с некоторым сгоранием с предварительным смешиванием, которое может происходить из-за смешивания топлива и воздуха перед воспламенением. Это отличается от стратегий сжигания, которые пытаются значительно увеличить долю происходящего горения предварительно приготовленной смеси, например, различные ароматы низкотемпературного горения.

Основная предпосылка сжигания дизельного топлива - это его уникальный способ высвобождения химической энергии, хранящейся в топливе. Для выполнения этого процесса кислород должен поступать в топливо определенным образом, чтобы облегчить сгорание. Одним из наиболее важных аспектов этого процесса является смешивание топлива и воздуха, которое часто называют приготовлением смеси .

В дизельных двигателях топливо часто впрыскивается в цилиндр двигателя ближе к концу такта сжатия, всего на несколько градусов угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки [391] .Жидкое топливо обычно впрыскивается с высокой скоростью в виде одной или нескольких струй через небольшие отверстия или сопла в наконечнике инжектора. Он распыляется на мелкие капельки и проникает в камеру сгорания. Распыленное топливо поглощает тепло из окружающего нагретого сжатого воздуха, испаряется и смешивается с окружающим высокотемпературным воздухом под высоким давлением. По мере того как поршень продолжает двигаться ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), температура смеси (в основном воздуха) достигает температуры воспламенения топлива. Быстрое воспламенение некоторого количества предварительно смешанного топлива и воздуха происходит после периода задержки зажигания.Это быстрое зажигание считается началом сгорания (также концом периода задержки зажигания) и отмечается резким повышением давления в цилиндре по мере сгорания топливно-воздушной смеси. Повышенное давление, возникающее в результате предварительно смешанного сгорания, сжимает и нагревает несгоревшую часть заряда и сокращает задержку перед воспламенением. Это также увеличивает скорость испарения оставшегося топлива. Распыление, испарение, смешивание паров топлива с воздухом и сгорание продолжаются до тех пор, пока все впрыскиваемое топливо не сгорит.

Сгорание дизельного топлива характеризуется обедненным общим соотношением A / F. Наименьшее среднее соотношение A / F часто наблюдается в условиях максимального крутящего момента. Чтобы избежать чрезмерного дымообразования, соотношение A / F при пиковом крутящем моменте обычно поддерживается выше 25: 1, что намного выше стехиометрического (химически правильного) отношения эквивалентности около 14,4: 1. В дизельных двигателях с турбонаддувом соотношение A / F на холостом ходу может превышать 160: 1. Следовательно, избыточный воздух, присутствующий в цилиндре после сгорания топлива, продолжает смешиваться с горящими и уже сгоревшими газами в процессе сгорания и расширения.При открытии выпускного клапана происходит выброс лишнего воздуха вместе с продуктами сгорания, что объясняет окислительный характер выхлопных газов дизельных двигателей. Хотя сгорание происходит после того, как парообразное топливо смешивается с воздухом, образует локально богатую, но горючую смесь и достигается надлежащая температура воспламенения, общее соотношение A / F бедное. Другими словами, большая часть воздуха, подаваемого в цилиндр дизельного двигателя, сжимается и нагревается, но никогда не участвует в процессе сгорания. Кислород в избыточном воздухе способствует окислению газообразных углеводородов и окиси углерода, снижая их концентрацию в выхлопных газах до чрезвычайно малых.

Следующие факторы играют основную роль в процессе сгорания дизельного топлива:

• Модель нагнетаемого воздуха , его температура и кинетическая энергия в нескольких измерениях.
• Распыление впрыскиваемого топлива, проницаемость, температура и химические характеристики.

Хотя эти два фактора являются наиболее важными, существуют и другие параметры, которые могут существенно повлиять на них и, следовательно, играть второстепенную, но все же важную роль в процессе горения.Например:

• Конструкция впускного канала , которая оказывает сильное влияние на движение наддувочного воздуха (особенно когда он входит в цилиндр) и, в конечном итоге, на скорость смешения в камере сгорания. Конструкция впускного канала также может влиять на температуру наддувочного воздуха. Это может быть достигнуто за счет передачи тепла от водяной рубашки нагнетаемому воздуху через площадь поверхности впускного отверстия.
• Размер впускного клапана , который контролирует общую массу воздуха, вводимого в цилиндр за конечный промежуток времени.
• Степень сжатия , которая влияет на испарение топлива и, следовательно, на скорость смешивания и качество сгорания.
• Давление впрыска , которое контролирует продолжительность впрыска для данного размера отверстия сопла.
• Геометрия отверстия сопла (длина / диаметр), которая контролирует проникновение струи, а также распыление.
• Геометрия распылителя , которая напрямую влияет на качество сгорания за счет использования воздуха. Например, при большем угле распылительного конуса топливо может располагаться наверху поршня и за пределами чаши сгорания в дизельных двигателях DI с открытой камерой.Это условие может привести к чрезмерному дыму (неполному сгоранию) из-за лишения топлива доступа к воздуху, имеющемуся в чаше сгорания (камере). Большой угол конуса также может привести к разбрызгиванию топлива на стенки цилиндра, а не внутри камеры сгорания, где это необходимо. Топливо, разбрызгиваемое на стенку цилиндра, в конечном итоге соскребет вниз в масляный поддон, где сократит срок службы смазочного масла. Поскольку угол распыления является одной из переменных, влияющих на скорость смешивания воздуха с топливным жиклером возле выхода из форсунки, он может оказывать значительное влияние на общий процесс сгорания.
• Конфигурация клапана , который регулирует положение форсунки. Двухклапанные системы обеспечивают наклонное положение форсунки, что подразумевает неравномерное распыление, что приводит к нарушению смешивания топлива и воздуха. С другой стороны, конструкции с четырьмя клапанами допускают вертикальную установку форсунок, симметричное расположение распылителей топлива и равный доступ к доступному воздуху для каждого из распылителей топлива.
• Положение верхнего поршневого кольца , которое регулирует мертвое пространство между верхней контактной площадкой поршня (область между верхней канавкой поршневого кольца и верхней частью днища поршня) и гильзой цилиндра.Это мертвое пространство / объем улавливает воздух, который сжимается во время такта сжатия и расширяется, даже не участвуя в процессе сгорания.

Поэтому важно понимать, что система сгорания дизельного двигателя не ограничивается чашей сгорания, распылителями форсунок и их непосредственным окружением. Скорее, он включает в себя любую часть, компонент или систему, которые могут повлиять на конечный результат процесса сгорания.

###

Глава 11: Горение (Обновлено 31.05.10)

Глава 11: Combustion
(Спасибо к Дэвид Bayless за письменную помощь. этот раздел)

Введение - До этого точка тепла Q во всех задачах и примерах была либо заданной значение или было получено из отношения Первого закона. Однако в различных тепловые машины, газовые турбины и паровые электростанции тепло полученные в процессе сжигания с использованием твердого топлива (например,грамм. уголь или дрова). жидкое топливо (например, бензин, керосин или дизельное топливо), или газообразное топливо (например, природный газ или пропан).

В этой главе мы познакомимся с химией и термодинамика горения типовых углеводородных топлив - (C _x H _y ), в котором окислителем является кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. Обратите внимание, что мы не будем рассматривать сжигание твердого топлива или сложные смеси и смеси углеводородов, составляющих бензин, керосин или дизельное топливо.

Атмосферный воздух содержит примерно 21% кислорода (O ₂ ) по объему. Остальные 79% «прочих газов» в основном азот (N ₂ ), т. предположим, что воздух состоит из 21% кислорода и 79% азота объем. Таким образом, каждый моль кислорода, необходимый для окисления углеводорода, равен сопровождается 79/21 = 3,76 моля азота. Используя эту комбинацию молекулярная масса воздуха становится 29 [кг / кмоль]. Обратите внимание, что это предполагается, что азот обычно не подвергается никаким химическим воздействиям. реакция.

Процесс горения - Основной процесс сгорания можно описать с помощью топлива ( углеводород) плюс окислитель (воздух или кислород) под названием Reactants , которые подвергаются химическому процессу, выделяя тепло, чтобы сформировать Продукты горения таким образом, что масса сохраняется. в простейший процесс сгорания, известный как стехиометрический Сгорание , весь углерод в топливе образует диоксид углерода (CO ₂ ) и весь водород образует воду (H ₂ O) в продуктах, поэтому мы можем записать химическую реакцию следующим образом:

где z известен как стехиометрический коэффициент для окислителя (воздуха)

Обратите внимание, что эта реакция дает пять неизвестных: z, a, b, c, d, поэтому нам нужно решить пять уравнений.Стехиометрический горение предполагает отсутствие в продуктах избыточного кислорода, поэтому d = 0. Остальные четыре уравнения мы получаем в результате уравновешивания числа атомов каждого элемента в реагентах (углерод, водород, кислород и азота) с числом атомов этих элементов в товары. Это означает, что никакие атомы не разрушаются и не теряются в реакция горения.

Обратите внимание, что образующаяся вода может находиться в паре или жидкая фаза, в зависимости от температуры и давления продукты сгорания.

В качестве примера рассмотрим стехиометрическое горение метана (CH ₄ ) в атмосферном воздухе. Приравнивание моляра коэффициенты реагентов и продуктов получаем:

Теоретическое соотношение воздух и воздух-топливо -The минимальное количество воздуха, которое позволит полностью сгореть топливо называется Теоретическая Air (также именуемый Стехиометрический воздух ).В этом случае продукты не содержат кислорода. Если мы поставляем меньше теоретического воздуха, тогда продукты могут содержать углерод монооксида (CO), поэтому обычной практикой является подача более теоретический воздух, чтобы предотвратить это явление. Это превышение Воздух приведет к появлению кислорода в продукты.

Стандартная мера количества воздуха, используемого в процесс сгорания - Air-Fuel Коэффициент (AF), определяемый следующим образом:

Таким образом, учитывая только реагенты метана при сжигании теоретическим воздухом, представленным выше, получаем:

Решенная задача 11.1 - дюймов эту задачу мы хотим разработать уравнение горения и определить соотношение воздух-топливо для полного сгорания н-бутана (C ₄ H ₁₀ ) с а) теоретическим воздухом и б) 50% избытком воздуха.

Анализ продуктов сгорания - Горение всегда происходит при повышенных температурах и мы предполагаем, что все продукты горения (включая воду пар) ведут себя как идеальные газы. Поскольку у них другой газ постоянных, удобно использовать уравнение состояния идеального газа в условия универсальной газовой постоянной:

В анализе продуктов сгорания нет представляет ряд интересных объектов:

• 1) Что такое процентный объем конкретных продуктов, в частности диоксида углерода (CO ₂ ) и углерода монооксид (CO)?

• 2) Что такое роса точка водяного пара в продуктах сгорания? Это требует оценка парциального давления паровой составляющей воды продукты.

• 3) Существуют экспериментальные методы объемного анализ продуктов сгорания, обычно проводится на Dry Базис , дающий процент объема всех компонентов, кроме водяного пара. Это позволяет просто метод определения фактического отношения воздух-топливо и использованного избыточного воздуха в процессе горения.

Для идеальных газов мы находим, что мольная доля y _i i-го компонента в смеси газов при определенном давлении P а температура T равна объемной доле этого компонента.
Т.к. из молярного отношения идеального газа: P.V = N.R _u .T, у нас:

Кроме того, поскольку сумма составляющих объемов V _и должны равняться общему объему V, имеем:

Используя аналогичный подход, определяем частичную давление компонента с использованием закона парциальных давлений Дальтона:

Решенная проблема 11.2 - дюймов эта проблема Пропан (C ₃ H ₈ ) сжигается с 61% избытком воздуха, который поступает в камеру сгорания при 25 ° С.Предполагая полное сгорание и полное давление 1 атм. (101,32 кПа), определите а) соотношение воздух-топливо [кг-воздух / кг-топливо], б) процентное содержание двуокиси углерода в продуктах по объему, и c) температура точки росы продуктов.

Решенная проблема 11,3 - дюймов эта проблема Этан (C ₂ H ₆ ) сжигается атмосферным воздухом, и объемный анализ сухие продукты сгорания дает: 10% CO ₂ , 1% CO, 3% O ₂ и 86% № ₂ .Разработать уравнение горения, и определить а) процент превышения воздух, b) соотношение воздух-топливо, и c) точка росы при сгорании. товары.

Анализ горения по первому закону - Основная цель горения - выработка тепла за счет изменения энтальпия от реагентов к продуктам. Из Первого Закона уравнение в контрольном объеме без учета кинетической и потенциальной энергии изменений и, если не делать никаких работ, имеем:

, где суммирование ведется по всем продукты (p) и реагенты (r).N означает количество молей каждого компонента, а h [кДж / кмоль] относится к молярной энтальпии каждый компонент.

Поскольку существует ряд различных веществ нам нужно установить общее эталонное состояние для оценки энтальпии, обычно выбирают 25 ° C и 1 атм, что обычно обозначается надстрочным индексом o. Проф. С. Бхаттачарджи из Государственный университет Сан-Диего разработал экспертную систему на базе Интернета в < www.thermofluids.net > позвонил ТЕСТ ( т г E xpert S система для Т гермодинамика) в который он включил набор таблиц свойств идеального газа, все основанные на по энтальпии h ^o = 0 по этой общей ссылке.Мы адаптировали некоторые из этих таблиц специально для этого раздела, и их можно найти в следующая ссылка:

Горение Таблицы молярной энтальпии

В качестве примера снова рассмотрим полное сгорание метана (CH ₄ ) с теоретическим воздухом:

Обратите внимание, что в реагентах и ​​продуктах В приведенном выше примере у нас есть основные элементы O ₂ и N ₂ как а также соединения CH ₄ , CO ₂ и H ₂ O.Когда соединение образуется, изменение энтальпии называется Энтальпия формации , обозначенной h _f ^o , и для нашего примера:

Вещество	Формула	hfo [кДж / кмоль]
Двуокись углерода	CO 2 (г)	-393 520
Водяной пар	H 2 O (г)	-241 820
Вода	H 2 O (л)	-285 820
Метан	CH 4 (г)	-74,850

где (г) относится к газу, а (л) относится к жидкость.

Знак минус означает, что процесс Экзотермический , т.е. при образовании соединения выделяется тепло. Обратите внимание, что энтальпия образования основных элементов O ₂ и N ₂ составляет нуль.

Сначала рассмотрим случай, когда достаточно теплопередача так, чтобы и реагенты, и продукты находились на 25 ° C и давление 1 атм, и что водный продукт является жидким. поскольку нет заметного изменения энтальпии, уравнение энергии принимает вид:

Это тепло (Qcv) называется энтальпией . горения или нагрева Стоимость топлива.Если продукты содержат жидкую воду, тогда она на выше Теплотворная способность (как в нашем примере), однако, если продукт содержит водяной пар, то это нижний предел . Теплотворная способность топлива. В энтальпия сгорания - это наибольшее количество тепла, которое может быть выпущенный данным топливом.

Температура адиабатического пламени - Противоположная крайность приведенного выше примера, в котором мы оценили энтальпия горения - это случай адиабатического процесса, в котором тепло не выделяется.Это приводит к значительной температуре увеличение продуктов сгорания (обозначается адиабатическим Температура пламени ), которая может быть уменьшается за счет увеличения воздушно-топливной смеси.

Решенная задача 11.4 - Определить температура адиабатического пламени для полного сгорания Метан (CH ₄ ) с 250% теоретического воздуха в адиабатическом контрольном объеме.

Это уравнение может быть решено только итеративным метод проб и ошибок с использованием таблиц Sensible Энтальпия против температуры для всех четырех составные части продукции - CO ₂ , H ₂ O, O ₂ , и N ₂ .Быстрый приближение к температуре адиабатического пламени может быть получено следующим образом: при условии, что продукты полностью состоят из воздуха. Такой подход был представленный нам Potter и Somerton в их Schaum's Очерк термодинамики для инженеров , в котором они предположили, что все продукты имеют номер N ₂ . Мы считаем, что удобнее использовать воздух, принимая репрезентативное значение из Специального Теплоемкость воздуха : C _{p, 1000K} = 1,142 [кДж / кг.K].

Таким образом, суммируя все моли продуктов, получаем:

Используя таблицы Sensible Энтальпия в зависимости от температуры мы оценили энтальпия всех четырех продуктов при температуре 1280К.Этот в результате общая энтальпия составила 802 410 [кДж / кмоль топлива], что составляет чрезвычайно близкое к требуемому значению, что оправдывает такой подход.

Задача 11.5 - - Определите адиабатическую температуру пламени для полное сгорание пропана (C ₃ H ₈ ) с 250% теоретического воздуха в адиабатическом контрольном объеме [T = 1300 КБ].

______________________________________________________________________________________

Инженерная термодинамика, Израиль Уриэли находится под лицензией Creative Общедоступное авторское право - Некоммерческое использование - Совместное использование 3.0 США Лицензия

Реакция горения: типы горения и топлива

Реакция горения или горения - это экзотермическая окислительно-восстановительная химическая реакция при высокой температуре между восстановителем или топливом и окислителем, в результате которой образуются окисленные, обычно газообразные продукты в виде тепла и света.

Типы горения:

Полное и неполное сгорание:

1.Полное сгорание:

При полном сгорании реагент сгорает в кислороде и производит ограниченные продукты. Когда углеводород сжигается в кислороде, реакция дает в первую очередь диоксид углерода и воду. При сгорании различных элементов образуются в основном обычные химические оксиды. Углерод производит диоксид углерода, сера дает диоксид серы, а железо возвращает оксид железа (III).

2. Неполное сгорание:

Это горение происходит, когда кислорода не хватает, что позволяет топливу полностью реагировать с образованием диоксида углерода и воды.Это сгорание аналогично полному сгоранию, оно также дает воду, но вместо углекислого газа продукт представляет собой углерод и окись углерода. При этом типе сгорания продукты пиролиза остаются несгоревшими и загрязняют образовавшийся дым ядовитыми газами.

3. Пайка:

Эта форма горения является медленным, беспламенным и низкотемпературным сгоранием, которому подвергается тепло, выделяющееся при непосредственном воздействии кислорода на поверхность топлива.Обычно это неполная форма реакции горения. Твердые материалы, которые подвергаются тлеющему горению, включают такие материалы, как уголь, целлюлоза, хлопок, табак, дерево, пена и т. Д.

4. быстрое сгорание:

Быстрое возгорание, также известное как огонь, представляет собой тип реакции, при котором выделяется большое количество тепла и света и часто возникает пламя. Эта реакция используется в таких механизмах, как двигатели внутреннего сгорания и термобарическое оружие.Это горение периодически называют взрывным горением.

5. Самовозгорание:

Это тип возгорания, который происходит путем самовосстановления, за которым следует тепловой разгон, а затем, наконец, воспламенение. Например, фосфор самовоспламеняется при комнатной температуре без нагревания.

6. Турбулентное горение:

Горение, приводящее к возникновению турбулентного пламени, в основном используется в промышленности, поскольку турбулентность способствует процессу смешивания топлива и окислителя.

7. Микросжигание:

Микрогорение - это горение, при котором процессы горения происходят в очень малых объемах. Высокое отношение площади поверхности к объему увеличивает потери тепла.

Горючие материалы

Вещества или материалы, которые подвергаются сгоранию, известны как горючие материалы. Наиболее распространенными примерами этого топлива являются природный газ, керосин, дизельное топливо, древесный уголь и т. Д.

Жидкое топливо:

Жидкое топливо - это горючие молекулы, которые можно использовать для создания механической энергии, и они также принимают форму своего контейнера.Сжигание жидкого топлива происходит в газовой фазе. Воспламеняется именно дым, а не жидкость жидкого топлива, поэтому жидкость загорается только выше определенной температуры.

Газообразное топливо:

Сжигание газообразного топлива происходит посредством любого из этих четырех типов горения: диффузионное пламя, предварительно смешанное пламя, самовоспламеняющаяся реакция или детонация. Типы горения фактически зависят от степени смешивания топлива и окислителя, а также от давления, оказываемого предварительным нагревом.

Твердое топливо:

Твердое топливо - это твердые материалы, используемые в качестве топлива для производства энергии и тепла. К твердому топливу относятся древесина, древесный уголь, пшеница и кукуруза, гранулы из древесины и других зерен. Люди уже много лет используют твердое топливо для разведения огня.

Смотрите также

• 
  При молочнице кровянистые выделения
• 
  Розовые выделения в день месячных
• 
  От чего выделения как сопли
• 
  Непроизвольное выделение кала у взрослых
• 
  Выделение дотаций предприятиям жкх
• 
  Примеры многообразие критериев выделения социальных групп
• 
  Выделения с кровью что это может быть
• 
  Беременность и коричневые выделения на ранних сроках беременности
• 
  Выделения идут при беременности
• 
  После приема флюкостата выделения увеличились
• 
  Творожные выделения у женщин причины как лечить