Удельная теплота сгорания топлива – общее свойство, которое объединяет все виды топлива. Для обозначения используется строчная английская буква q. Это свойство отражает энергетическую ценность. При сгорании топлива происходит реакция экзотермического типа, т. е. с образованием тепловой энергии Q, называемой теплотой сгорания.
Если отнести Q к 1 кг массы или 1 м3 горючего, получится массовая или объемная удельная теплота сгорания q. Иначе этот параметр еще называется теплотворностью. О нем и пойдет речь в нашей статье.
Как рассчитывается показатель q
Формула удельной теплоты сгорания топлива выглядит следующим образом:
q = Q/m или q = Q/V,
где Q – объем выделившейся теплоты (Дж), m – масса, а V – объем топлива (м3). Масса берется для жидкого и твердого горючего, а объем – для газов.
Нужно учитывать, что существует низшая или высшая теплота сгорания топлива:
- Высшая, Qв. Тепловая энергия, образовавшаяся при горении массовой или объемной единицы топлива с учетом процесса охлаждения продуктов горения до 0 °C и конденсации водяных паров, которые в них содержатся.
- Низшая, Qн. Рассчитывается без учета процесса конденсации паров, которые образуются при горении топлива. Показатель применяется для расчетов потребности в горючем и его цены.
На практике для сухого топлива высшая и низшая теплота равны между собой. Эффективность же топлива оценивают по низшей теплоте, поскольку продукты горения выделяются в атмосферу при температуре, которая намного выше их температуры точки росы. Если известен химический состав топливо, то его низшую теплоту вычисляют так:
Qн = 340C + 1250H + 108 · (S – O) – 25 · (9H + W),
где C, H, S, O, W – содержание углерода, водорода, серы, кислорода и водяных паров соответственно (%). В остальных случаях значение Q определяют экспериментально при проведении сложных опытов.
Интересно! При оценке экономичности разных видов топлива было введено понятие «условное топливо». Для него q принята равно 29310 кДж/кг, или 7000 ккал/кг. Чтобы перевести натуральное топливо в условное, необходимо использовать формулу: Bусл = Bнат · Qн/29,3, где Bусл - количество условного топлива, а Bнат – натурального.
Единицы измерения удельной теплоты сгорания
Поскольку q – это количество теплоты Q (в джоулях или калориях) к единице массы (кг) или объема (м3), то измеряться она будет в Дж/кг для твердого и жидкого горючего или в Дж/м3 для газов. В ряде случаев измерение производят в калориях на 1 кг или 1 м3. Чтобы переводить из одних единиц в другие, можно использовать соотношение 1 ккал = 4190 Дж.
Значение q для разных видов топлива
В категории жидкого топлива наиболее высоким тепловыделением обладают бензин, авиационный керосин, дизтопливо и нефть. Используя данные из таблицы, можно вычислить, сколько калорий в бензине или любом другом виде топлива. Поскольку 1 ккал = 4190 Дж, то калорийность бензина составит 44 200 000/4190 = 10 548 ккал/кг.
Отвечая на вопрос, у какого топлива теплота сгорания выше, нужно рассматривать все его виды, т. е. не только жидкое, но еще твердое и газообразное.
Из представленных таблиц видно, что наибольший показатель принадлежит водороду. От аналогов его отличает тип продукта сгорания. Им выступает вода, а не вредные и опасные вещества вроде угарного или углекислого газов.
Важно! Ввиду отсутствия вредных продуктов сгорания водород относят к экологически более чистым видам топлива, но его использование сопряжено с опасностью взрыва. Еще затруднение вызывают сжижение и перевозка, что объясняется малой плотностью водорода на фоне других газов.
В заключение
Теплотворность различных видов топлива отражает количество тепловой энергии при сгорании их массовой или объемной доли (1 кг или 1 м3). Чем выше этот показатель, тем более эффективным можно считать горючее. В целом значение удельной теплоты сгорания помогает в определении объема и стоимости топлива, а еще в сравнении разных видов горючего по степени эффективности.
__________
Материал создан при поддержке компании «Ойл Ресурс Групп» с целью предоставления полезной информации о нефти и нефтепродуктах.
=====================================================