Русская Википедия:Теплота сгорания
Теплота́ сгора́ния — количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания. В системе СИ: Дж/кг. Также довольно часто используются внесистемные единицы измерения: кДж/кг, МДж/кг и ккал/кг.
Для её измерения пользуются методами калориметрии. Теплота сгорания определяется химическим составом горючего вещества. Содержащиеся в горючем веществе химические элементы обозначаются принятыми символами С, Н, О, N, S, а зола и вода — символами А и W соответственно.
Виды теплоты сгорания
Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе горючего вещества <math>Q^P</math>, то есть к горючему веществу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе вещества <math>Q^C</math>; к горючей массе вещества <math>Q^\Gamma</math>, то есть к горючему веществу, не содержащему влаги и золы.
Различают высшую (<math>Q_B</math>) и низшую (<math>Q_H</math>) теплоту сгорания.
Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.
где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).
Расчёт теплоты сгорания
Таким образом, высшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах высшая теплота сгорания принимается как 100 %. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11 %.
На практике не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации, и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в веществе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Низшая теплота сгорания для жидкого и твердого вещества определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):
<math>Q_H^P=Q_B^P-2514\cdot((9H^P+W^P)/100)</math>
или
<math>Q_H^P=Q_B^P-600\cdot((9H^P+W^P)/100)</math>, где:
2514 — теплота парообразования при температуре 0 °C и атмосферном давлении, кДж/кг;
<math>H^P</math> и <math>W^P</math> — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;
9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.
Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.
Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчётным способом в соответствии с формулой Д. И. Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:
<math>Q_H^P=339\cdot C^P+1256\cdot H^P-109\cdot(O^P-S_L^P)-25.14\cdot(9\cdot H^P+W^P)</math>
или
<math>Q_H^P=81\cdot C^P+246\cdot H^P-26\cdot(O^P+S_L^P)-6\cdot W^P</math>, где:
<math>C_P</math>, <math>H_P</math>, <math>O_P</math>, <math>S_L^P</math>, <math>W_P</math> — содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).
Для сравнительных расчётов используется так называемое условное топливо, имеющее удельную теплоту сгорания, равную 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).
В России тепловые расчёты (например, расчёт тепловой нагрузки для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности[1]) обычно ведут по низшей теплоте сгорания; в США, Великобритании, Франции — по высшей. В Великобритании и США до внедрения метрической системы мер удельная теплота сгорания измерялась в британских тепловых единицах (BTU) на фунт (lb) (1Btu/lb = 2,326 кДж/кг).
Вещества и материалы | Низшая теплота сгорания при постоянном давлении <math>Q_H^P</math>, МДж/кг |
---|---|
Бензин | 41,87[2] |
Керосин | 42,9—43,12[3] |
Бумага(книги, журналы) | 13,4[4] |
Древесина (бруски W = 14%) | 13,8[4] |
Каучук натуральный | 44,73—44,8[4] |
Линолеум поливинилхлоридный | 14,31[4] |
Резина | 33,52 |
Волокно штапельное | 13,8 |
Полиэтилен | 47,14[4] |
Полистирол | 39[4] |
Хлопок разрыхленный | 15,7[4] |
Самые высокие значения теплоты сгорания природных газов из различных источников
Данные получены Международным энергетическим агентством[5].
- Алжир: 42 000 кДж/м³
- Бангладеш: 36 000 кДж/м³
- Белоруссия: 33 000 кДж/м³
- Великобритания: 39 710 кДж/м³
- Вьетнам: 45 520 кДж/м³
- Канада: 38 200 кДж/м³
- Индонезия: 40 600 кДж/м³
- Нидерланды: 33 320 кДж/м³
- Норвегия: 39 877 кДж/м³
- Россия: 38 231 кДж/м³
- Саудовская Аравия: 38 000 кДж/м³
- США: 38 416 кДж/м³
- Узбекистан: 37 889 кДж/м³
Необходимое количество электроэнергии для работы лампочки мощностью 100 Вт в течение 1 года
Количество топлива, необходимого для получения указанной ниже электроэнергии, рассчитано при 100 % эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую. Так как большинство электрогенерирующих установок и распределительных систем достигают эффективности (КПД) порядка 30—35 %, фактическое количество топлива, используемого для питания лампочки мощностью 100 Вт, будет приблизительно в три раза больше указанного количества.
- 228,5 кг древесины (при 20 % влажности)
- 88,5 кг угля (антрацит малозольный)
- 72,1 кг керосина
- 79,2 м³ природного газа (используя усредненную величину 40000 кДж/м³)
- 63 кг метана
- 26 кг водорода
- 0,04 г урана (энергия, выделяющаяся при цепной ядерной реакции)
- 1,75*10−5 г антивещества (энергия, выделяющаяся при аннигиляции).
Примечания
Литература
- Физический энциклопедический словарь
- Большая Советская энциклопедия
- Пособие по применению НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности»
См. также
- ↑ НПБ 105-03
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web