Q сгорания бензина: Удельная теплота сгорания топлива — урок. Физика, 8 класс.

Физика — 8


ИССЛЕДОВАНИЕ-1

  • Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива


Задача


Установлено, что при полном сгорании 1 кг бензина выделяется 44 ·
106 Дж количества теплоты, а при полном сгорании 2 кг бензина выделяется 88 ·
106 Дж энергии. При полном сгорании 1 кг сухих дров выделяется 11 ·
106 Дж энергии, при полном сгорании 2 кг сухих дров выделяется 22 ·
106 Дж количества теплоты. От чего зависит количество теплоты, выделяемое при полном сгорании различных видов топлива?


Существуют различные виды топлива: нефть, каменный уголь, дрова, торф, природный газ, спирт, бензин, дизельное топливо, порох и др. Но в быту выгодней использовать те из них, которые широко распространены в природе, легко добываются и транспортируются, выделяют при сжигании больше тепла и меньше вредных отходов.


  • Энергию, выделяемую при паяном сгорании топлива, называют теплотой сгорания тот ива.


Анализируя данные исследования, выясняем, что теплота сгорания топлива зависит от вида топлива и его массы:


Q = qm.



Здесь
Q — теплота сгорания топлива, m — масса топлива,
q — удельная теплота сгорания топлива.

Удельная теплота сгорания топлива — физическая величина, определяющая различие между энергиями* выделяемыми про полном сгорании различных видов топлива одинаковой массы:





Формула
Единица измерения

q = Q
m.


[q] = 1 Дж
кг


Определение

Определение

Удельны теплота сторания топлива — физическая величина, численно равная количеству теплоты, выделяемому при полном сгорании 1 кг топлива.
1 Дж
кг — удельная теплота сгорания такого топлива, при полном сторании 1 кг которою пылелястся количество теплоты 1 Дж. 0C \)

Глава 11: Горение (обновлено 31.05.10)

Глава 11: Горение (обновлено 31.05.10)

Глава 11: Возгорание
(Спасибо
до Дэвид
Bayless за помощь в написании
этот раздел)

Введение — До этого
точка теплоты Q во всех задачах и примерах была либо заданной
значение или было получено из отношения первого закона. Однако в различных
тепловые двигатели, газовые турбины и паровые электростанции
полученный в результате процессов сжигания с использованием либо твердого топлива (например,
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 родовых 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, входящие в состав
бензин, керосин или дизельное топливо.

Атмосферный воздух содержит
примерно 21% кислорода (O 2 )
по объему. остальные 79% «других газов» в основном
азот (N 2 ), т.е.
будем считать, что воздух состоит из 21 % кислорода и 79 % азота.
объем. Таким образом, каждый моль кислорода, необходимый для окисления углеводорода,
сопровождается 79/21 = 3,76 моль азота. Используя эту комбинацию
молекулярная масса воздуха становится 29 [кг/кмоль]. Обратите внимание, что это
предполагается, что азот обычно не подвергается никакому химическому воздействию.
реакция.

Процесс горения —
Основной процесс горения можно описать топливом (т.
углеводород) плюс окислитель (воздух или кислород), называемый Реактивы ,
которые подвергаются химическому процессу с выделением тепла с образованием
Продукты
сгорания так, чтобы масса сохранялась. в
простейший процесс горения, известный как стехиометрический
Сгорание , весь углерод в топливе
образует двуокись углерода (CO 2 )
и весь водород образует воду (H 2 O)
в продуктах, поэтому химическую реакцию можно записать так:

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
сжигание предполагает, что в продуктах нет избыточного кислорода, поэтому
d = 0. Остальные четыре уравнения получаем из балансировки числа
атомов каждого элемента в реагентах (углерод, водород, кислород
и азот) с количеством атомов этих элементов в
продукты. Это означает, что ни один атом не разрушается и не теряется в
реакция горения.

  Элемент

Сумма в реагентах

 =

  Сумма в продуктах

  Сокращенное уравнение

 Углерод (C)

х

 

 а

а = х

 Водород (H)

 и

 

 2б

 б = у/2

Кислород (O)

 2z

 

 2а+б

 z = а + b/2

Азот (N)

 2(3,76)z

 

 2с

 c = 3,76z

Обратите внимание, что образовавшаяся вода может находиться в виде пара или
жидкой фазы, в зависимости от температуры и давления
продукты горения.

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

Теоретическое соотношение воздух-топливо и воздух-топливо -The
минимальное количество воздуха, обеспечивающее полное сгорание
топлива называется Теоретическая
Air (также называемый
Стехиометрический воздух ).
В этом случае продукты не содержат кислорода. Если мы поставляем
меньше, чем теоретический воздух, тогда продукты могут содержать углерод
монооксида (CO), поэтому нормальная практика заключается в подаче более
теоретический воздух, чтобы предотвратить это явление. это Превышение
Air приведет к появлению кислорода в
продукты.

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

Таким образом, рассматривая только реагенты метана
сгорания с теоретическим воздухом, представленным выше, получаем:

Решенная проблема 11. 1 — В
этой задачи мы хотим разработать уравнение горения и определить
соотношение воздух-топливо для полного сгорания н-бутана (C 4 Н 10 )
с а) теоретическим воздухом и б) 50% избытком воздуха.

Анализ продуктов сгорания
— Горение всегда происходит при повышенных температурах и
будем считать, что все продукты сгорания (включая воду
пар) ведут себя как идеальные газы. Так как газ у них разный.
постоянных, удобно использовать уравнение состояния идеального газа в
через универсальную газовую постоянную следующим образом:

При анализе продуктов сгорания имеется
интересны несколько пунктов:

  • 1) Что такое
    объемный процент конкретных продуктов, в частности двуокиси углерода
    (CO 2 ) и углерод
    монооксид (СО)?

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

  • 3) Имеются экспериментальные методы объемного
    анализ продуктов сгорания, как правило, делается на Сухой
    Основа     , что дает объемный процент
    всех компонентов, кроме водяного пара. Это позволяет простой
    метод определения фактического соотношения воздух-топливо и избытка используемого воздуха
    в процессе горения.

Для идеальных газов мы находим, что мольная доля y i
i-го компонента в смеси газов при удельном давлении P
а температура T равна объемной доле этого компонента.

Так как из молярного отношения идеального газа: P.V = N.R у .Т,
у нас есть:

Кроме того, поскольку сумма объемов компонентов
V i должны равняться общему объему V, имеем:

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

Проблема решена 11. 2 — В
эта проблема Пропан (C 3 H 8 )
сжигается с 61% избыточного 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 воздуха/кг топлива], б)
объемный процент двуокиси углерода в продуктах, и c)
температура точки росы продуктов.

Проблема решена 11.3 — В
эта проблема Этан (C 2 H 6 )
сжигается атмосферным воздухом, а объемный анализ
сухие продукты сгорания дают следующее: 10% CO 2 ,
1% CO, 3% O 2 и
86% N 2 . Развивать
уравнение горения, и определить а) процент избытка
воздух, б) соотношение воздух-топливо, и в) точка росы сгорания
продукты.

Первый закон анализа горения —
Основной целью горения является получение тепла за счет изменения
энтальпии от реагентов к продуктам. Из первого закона
уравнение в контрольном объеме без учета кинетической и потенциальной энергии
изменения и при условии, что работа не выполняется, мы имеем:

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

Поскольку существует ряд различных веществ
нам необходимо установить общее эталонное состояние для оценки
энтальпии, обычно выбирают 25 ° C и 1 атм, что
обычно обозначается верхним индексом о. Проф. С. Бхаттачарджи из
Государственный университет Сан-Диего разработал экспертную веб-систему в
< www.thermofluids.net >
называется ТЕСТ
( Т он
E Эксперт
S система
для T (гермодинамика)
в который он включил набор таблиц свойств идеального газа, основанных на
на энтальпии h или =
0 по этой общей ссылке. Мы адаптировали некоторые из этих таблиц
специально для этого раздела, и их можно найти в
по следующей ссылке:

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
пласта , обозначаемый h f o ,
и для нашего примера:

Вещество

Формула

hfo [кДж/кмоль]

Углекислый газ

СО 2 (ж)

-393 520

Водяной пар

Н 2 О(г)

-241 820

Вода

Н 2 О(л)

-285 820

Метан

CH 4 (г)

-74 850

где (g) относится к газу и (l) 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 имеется достаточно
теплообмен таким образом, что и реагенты, и продукты находятся в
25°C и давление 1 атм, и что водный продукт является жидким. С
заметного изменения энтальпии нет, уравнение энергии принимает вид:

Это тепло (Qcv) называется энтальпией .
Горения или Нагрева
Стоимость топлива. Если продукты
содержат жидкую воду, то это Высшее
Теплота сгорания (как в нашем примере),
однако, если продукт содержит водяной пар, то это Нижний
Теплотворная способность топлива.
энтальпия сгорания – это наибольшее количество тепла, которое может быть
выделяется данным топливом.

Адиабатическая температура пламени —
Противоположная крайность приведенного выше примера, в котором мы оценивали
энтальпией сгорания является случай адиабатического процесса, в котором
тепло не выделяется. Это приводит к значительной температуре
увеличение продуктов сгорания (обозначается Адиабатическая
Температура пламени ), которая может быть
уменьшается за счет увеличения соотношения воздух-топливо.

Решенная проблема 11.4 — Определить
адиабатическая температура 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 — СО 2 ,
Н 2 О, О 2 ,
и N 2 . Быстрый
приближение к адиабатической температуре пламени может быть получено с помощью
при условии, что продукты полностью состоят из воздуха. Этот подход был
представил нас Поттер
и Somerton в их Schaum’s
Очерк термодинамики для инженеров ,
в котором они предполагали, что все продукты будут N 2 .
Мы находим более удобным использовать воздух, предполагая репрезентативное значение
из конкретных
Теплоемкость воздуха : С р, 1000К = 1,142 [кДж/кг.К].

Таким образом, суммируя все моли продуктов, мы имеем:

Использование таблиц Sensible
Энтальпия против температуры мы оценили
энтальпии всех четырех продуктов при температуре 1280К. Этот
в результате общая энтальпия составила 802 410 [кДж/кмоль топлива], что составляет
очень близко к требуемому значению, что оправдывает такой подход.

Проблема 11.5 — —
Определить адиабатическую температуру пламени.
полное сгорание пропана ( C 3 H 8 )
с 250% теоретического воздуха в адиабатическом контрольном объеме [T
= 1300К].

__________________________________________________________________________________________


Инженерная термодинамика Израиля
Уриэли находится под лицензией Creative
Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3. 0 США
Лицензия

. Обсуждение: Повседневные реакции горения

1. Выберите один тип реакции горения

Я выбрал реакцию горения бензина

2. Приведите пример того, как этот тип реакции является частью вашей повседневной жизни 

Реакция сгорания бензина является частью моей повседневной жизни, потому что мне приходится каждый день ездить на своем грузовике на работу и обратно (в магазин для дайвинга). . В моем грузовике вместо дизельного топлива используется бензин, который, хотя и не очень полезен для окружающей среды, все же лучше дизельного топлива.

 

3. Напишите химическое уравнение этой реакции  

 

 

4. Подробно объясните пагубное воздействие этой реакции на окружающую среду

ScienceChemistry

цин

сектетур адиписцинг элит. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel laoreet ac, dictum vitae odio. Донец Аликет. Lorem ipsum dolor sit amet, conse

Разблокировать доступ к этому и более
10 000 пошаговых объяснений

Разблокировать объяснение

Есть учетная запись? Войти

Пошаговое объяснение

sectetu

 

sectetu

 

sectetu

Sectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus

secteturssectetussectsss

< рисунок>39498987

sectetur adipiscing elit. Nam laciniasectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pesectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pe

sectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel laoreet ac, dictum vitae odio. Donec aliquet. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adi

1 вложение

Расслабьтесь с подпиской CliffsNotes

Разблокируйте все пошаговые объяснения, загрузите PDF-файлы с литературными заметками и многое другое. Получите доступ

Связанные вопросы и ответы