Русская Википедия:Теплота сгорания

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

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].

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.

Примечания

Шаблон: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

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ НПБ 105-03
  2. ↑ Шаблон:Cite web
  3. ↑ Шаблон:Cite web
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Шаблон:Cite web
  5. ↑ Шаблон:Cite web
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Теплота_сгорания&oldid=10921311