termikus gépek a termodinamikában ezek az időszakosan működő hőgépek és hűtőgépek (termokompresszorok). A különféle hűtőgépek hőszivattyúk.

Készülékek, amelyek gépészeti munka az üzemanyag belső energiája miatt ún hőgépek (hőmotorok). A hőgép működéséhez a következő alkatrészek szükségesek: 1) magasabb t1 hőmérsékletű hőforrás, 2) alacsonyabb hőmérsékletű t2 hőforrás, 3) munkaközeg. Más szóval: bármely hőgép (hőmotor) abból áll fűtő, hűtő és munkaközeg .

Mint dolgozó test gázt vagy gőzt használnak, mivel ezek erősen összenyomhatók, és a motor típusától függően előfordulhat üzemanyag (benzin, kerozin), vízgőz stb. A fűtőtest bizonyos mennyiségű hőt (Q1) ad át a munkaközegnek. , és a belső energiája megnő, ennek a belső energiának köszönhetően mechanikai munka (A) történik, majd a munkaközeg bizonyos hőmennyiséget ad le a hűtőnek (Q2) és lehűl a kezdeti hőmérsékletre. A leírt séma a motor működési ciklusát reprezentálja, és általános, a valódi motorokban különféle eszközök tölthetik be a fűtés és a hűtőszekrény szerepét. A környezet hűtőként szolgálhat.

Mivel a motorban a munkafolyadék energiájának egy része átkerül a hűtőszekrénybe, nyilvánvaló, hogy a fűtőberendezéstől kapott energiából nem megy el minden munkavégzésre. Illetőleg, együttható hasznos akció motor (hatékonyság) egyenlő az elvégzett munka (A) és a fűtőberendezéstől kapott hőmennyiség arányával (Q1):

Belső égésű motor (ICE)

Kétféle belső égésű motor létezik (ICE): karburátorés dízel. A karburátoros motorban a munkakeveréket (az üzemanyag és a levegő keveréke) a motoron kívül készítik el speciális eszközés onnan megy a motorhoz. A dízelmotorban az üzemanyag-keveréket magában a motorban készítik el.

Az ICE a következőkből áll henger , amelyben mozog dugattyú ; a hengernek van két szelep , amelyek közül az egyiken keresztül az éghető keverék a hengerbe, a másikon pedig a kipufogógázok távoznak a hengerből. Dugattyú használata forgattyús mechanizmus -hoz kapcsolódik főtengely , amely a dugattyú transzlációs mozgása során forog. A henger kupakkal van lezárva.

A belső égésű motor működési ciklusa magában foglalja négy ütem: szívó, kompresszió, löket, kipufogó. Szívás közben a dugattyú lefelé mozog, a hengerben lecsökken a nyomás, és a szelepen keresztül éghető keverék (porlasztós motornál) vagy levegő (dízelmotornál) jut be. A szelep ekkor zárva van. Az éghető keverék bemenetének végén a szelep zár.

A második löket során a dugattyú felfelé mozog, a szelepek záródnak, és a munkakeverék vagy a levegő összenyomódik. Ugyanakkor a gáz hőmérséklete emelkedik: a porlasztómotorban az éghető keverék 300-350 °C-ra, a dízelmotor levegője pedig 500-600 °C-ra melegszik fel. A kompressziós löket végén egy szikra ugrik a karburátormotorban, és az éghető keverék meggyullad. A dízelmotorban üzemanyagot fecskendeznek a hengerbe, és a keletkező keverék spontán meggyullad.

Az éghető keverék elégetésekor a gáz kitágul, és mechanikai munkát végezve megnyomja a dugattyút és a hozzá kapcsolódó főtengelyt. Ez a gáz lehűlését okozza.

Amikor a dugattyú eléri legalacsonyabb pontját, a nyomás csökkenni fog. Amikor a dugattyú felfelé mozog, a szelep kinyílik, és a kipufogógáz kiszabadul. A ciklus végén a szelep zár.

Gőzturbina

Gőzturbina a tengelyre szerelt korongot jelöli, amelyre a pengék vannak rögzítve. A gőz belép a pengékbe. A 600 °C-ra felmelegített gőz a fúvókához kerül, és abban kitágul. Amikor a gőz kitágul, belső energiája a gőzsugár irányított mozgásának kinetikus energiájává alakul. A fúvókából gőzsugár jut be a turbina lapátjaiba, és mozgási energiájának egy részét átadja nekik, aminek hatására a turbina forog. A turbinák általában több tárcsával rendelkeznek, amelyek mindegyike megkapja a gőzenergia egy részét. A tárcsa forgását a tengelyre továbbítják, amelyhez az elektromos áram generátor csatlakozik.

Különböző, azonos tömegű tüzelőanyagok elégetésekor különböző mennyiségű hő szabadul fel. Például köztudott, hogy a földgáz energiahatékonyabb tüzelőanyag, mint a tűzifa. Ez azt jelenti, hogy azonos hőmennyiség eléréséhez az elégetendő tűzifa tömegének lényegesen nagyobbnak kell lennie a tömegénél földgáz. Következésképpen a különféle tüzelőanyag-típusokat energetikai szempontból az ún tüzelőanyag fajlagos égéshője .

Fajlagos hő tüzelőanyag égés- fizikai mennyiség, amely megmutatja, hogy mennyi hő szabadul fel az 1 kg tömegű tüzelőanyag teljes elégetése során.

Mindenki tudja, hogy az üzemanyag-fogyasztás óriási szerepet játszik életünkben. A modern ipar szinte minden ágában üzemanyagot használnak. Különösen gyakran használt olajból származó üzemanyag: benzin, kerozin, dízel üzemanyag és mások. Éghető gázokat (metán és mások) is használnak.

Honnan származik az üzemanyagból származó energia?

Tudjuk, hogy a molekulák atomokból állnak. Ahhoz, hogy bármely molekulát (például vízmolekulát) alkotó atomokra oszthasson, energiát kell elköltenie (az atomok vonzási erőinek leküzdéséhez). A kísérletek azt mutatják, hogy amikor az atomok molekulává egyesülnek (ez történik az üzemanyag elégetésekor), éppen ellenkezőleg, energia szabadul fel.

Tudniillik van nukleáris üzemanyag is, de erről itt nem fogunk beszélni.

Az üzemanyag elégetésekor energia szabadul fel. Leggyakrabban hőenergia. A kísérletek azt mutatják, hogy a felszabaduló energia mennyisége egyenesen arányos az elégetett üzemanyag mennyiségével.

Fajlagos égéshő

Ezt az energiát a segítségével számítjuk ki fizikai mennyiség az üzemanyag fajlagos égéshője. A tüzelőanyag fajlagos égéshője azt mutatja meg, hogy mennyi energia szabadul fel egységnyi tömegű tüzelőanyag elégetése során.

Ki van jelölve latin betű q. Az SI rendszerben ennek a mennyiségnek a mértékegysége J / kg. Vegye figyelembe, hogy minden tüzelőanyagnak megvan a saját fajlagos égéshője. Ezt az értéket szinte minden tüzelőanyag esetében mérték, és táblázatokból határozzák meg a problémák megoldása során.

Például a benzin fajlagos égéshője 46 000 000 J/kg, a keroziné ugyanannyi, az etilalkoholé pedig 27 000 000 J/kg. Könnyen megérthető, hogy a tüzelőanyag elégetése során felszabaduló energia egyenlő az üzemanyag tömegének és az üzemanyag fajlagos égéshőjének szorzatával:

Vegye figyelembe a példákat

Vegyünk egy példát. 10 gramm etil-alkohol égett el egy spirituszlámpában 10 perc alatt. Keresse meg az alkohollámpa erejét.

Megoldás. Határozza meg az alkohol égésekor felszabaduló hőmennyiséget:

Q = q*m; Q = 27 000 000 J / kg * 10 g = 27 000 000 J / kg * 0,01 kg \u003d 270 000 J.

Nézzük meg az alkohollámpa erejét:

N = Q / t = 270 000 J / 10 perc = 270 000 J / 600 s \u003d 450 W.

Nézzünk egy összetettebb példát. Egy m1 tömegű, vízzel megtöltött alumínium serpenyőt m2 tömegű tűzhellyel t1 hőmérsékletről t2 hőmérsékletre (0°C) melegítünk.< t1 < t2

Megoldás.

Határozza meg az alumínium által kapott hőmennyiséget:

Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);

keresse meg a víz által kapott hőmennyiséget:

Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);

keresse meg egy edény víz által kapott hőmennyiséget:

keresse meg az elégetett benzin által leadott hőmennyiséget:

Q4 = Q3 / k * 100 = (Q1 + Q2) / k * 100 =

(c1 * m1 * (t1 t2) + c2 * m2 * (t1 t2)) / k * 100;

1 kWh költségének számításai:

• Gázolaj. A gázolaj fajlagos égéshője 43 mJ/kg; vagy, figyelembe véve a 35 mJ / liter sűrűséget; a dízel tüzelésű kazán hatásfokát (89%) figyelembe véve azt kapjuk, hogy 1 liter elégetésekor 31 mJ, ismertebb mértékegységekben 8,6 kWh energia keletkezik.
  • 1 liter gázolaj ára 20 rubel.
  • 1 kWh dízel üzemanyag égési energia költsége 2,33 rubel.

• Propán-bután keverék SPBT(Cseppfolyósított szénhidrogén gáz SUG). A PB-gáz fajlagos fűtőértéke 45,2 mJ/kg, illetve a 27 mJ/liter sűrűséget figyelembe véve, egy gázkazán 95%-os hatásfoka figyelembevételével azt kapjuk, hogy 1 liter elégetésekor 25,65 mJ energia. keletkezik, vagy ismertebb egységekben - 7,125 kW * h.
  • 1 liter LPG ára 11,8 rubel.
  • 1 kWh energia költsége 1,66 rubel.

A gázolaj és PB-gáz elégetésével nyert 1 kW hő árának különbsége 29%-nak bizonyult. A fenti ábrák azt mutatják, hogy a cseppfolyósított gáz gazdaságosabb a felsorolt ​​hőforrások közül. A pontosabb számításhoz meg kell adni az aktuális energiaárakat.

A cseppfolyósított gáz és a dízel üzemanyag használatának jellemzői

GÁZOLAJ. Számos fajta különbözik a kéntartalomtól. De a kazán számára ez nem túl fontos. De fontos a téli és nyári dízel üzemanyagra való felosztás. A szabvány a dízel üzemanyag három fő típusát határozza meg. A legelterjedtebb a nyári (L), alkalmazási tartománya 0 ° C-tól és magasabb. A téli gázolajat (3) negatív levegőhőmérsékleten (-30°C-ig) használják. Hidegebb hőmérséklet esetén sarkvidéki (A) dízel üzemanyagot kell használni. fémjel a gázolaj a zavarossági pontja. Valójában ez az a hőmérséklet, amelyen a dízel üzemanyagban lévő paraffinok kristályosodni kezdenek. Valóban zavarossá válik, és a hőmérséklet további csökkenésével olyan lesz, mint a zselé vagy a fagyasztott zsíros leves. A legkisebb paraffinkristályok eltömítik az üzemanyagszűrők és biztonsági hálók pórusait, leülepednek a csővezeték csatornáiban és megbénítják a munkát. Nyári üzemanyag esetében a zavarosodási pont -5°C, a téli üzemanyag esetében -25°C. Fontos mutató, amelyet a dízel üzemanyag útlevelében fel kell tüntetni, a maximális szűrhetőségi hőmérséklet. A zavaros dízel üzemanyag a szűrhetőségi hőmérsékletig használható, majd - eltömődött szűrő és üzemanyag-lezárás. A téli gázolaj sem színben, sem szagban nem különbözik a nyári gázolajtól. Így kiderül, hogy csak Isten (és a tanker) tudja, hogy valójában mi is van elárasztva. Egyes kézművesek a nyári dízelüzemanyagot BGS-sel (benzingáz) és más vodkákkal keverik, így alacsonyabb szűrési hőmérsékletet érnek el, ami tele van a szivattyú meghibásodásával és egyszerűen robbanással, mivel ennek a pokoli bodyaginak csökkent lobbanáspontja van. A dízel helyett könnyű fűtőolaj is szállítható, kifelé nem különbözik, de több szennyeződést tartalmaz, ráadásul olyanokat, amelyek egyáltalán nincsenek a dízelben. Ami tele van az üzemanyag-berendezés szennyeződésével és a nem olcsó tisztításával. A fentiekből arra a következtetésre juthatunk, hogy ha alacsony áron vásárol dízelmotort magánszemélyektől vagy ellenőrizetlen szervezetektől, akkor megjavíthatja vagy lefagyhatja a fűtési rendszert. A házhoz szállított gázolaj ára egy rubelben ingadozik a benzinkutak áraitól, felfelé és lefelé egyaránt, a ház távolságától és a szállított üzemanyag mennyiségétől függően, minden, ami olcsóbb, jelezze, ha nem extrém, és ne félj hűsítő házban tölteni az éjszakát 30 fokos fagyban.

CSEPPFOLYÓSÍTOTT GÁZ. A dízelüzemanyaghoz hasonlóan az SPBT-nek több fokozata is különbözik a propán és bután keverékének összetételében. Téli keverék, nyári és sarkvidéki. A téli keverék 65% propán, 30% bután és 5% gázszennyeződés. A nyári keverék 45% propánból, 50% butánból, 5% gázszennyeződésből áll. Sarkvidéki keverék - 95% propán és 5% szennyeződések. 95% bután és 5% szennyeződések keveréke szállítható, az ilyen keveréket háztartásnak nevezik. Nagyon keveset adunk minden keverékhez. nagyszámú kénes anyag - szagtalanító, hogy "gázszagot" hozzon létre. Az égés és a berendezésre gyakorolt ​​hatás szempontjából a keverék összetételének gyakorlatilag nincs hatása. A bután, bár jóval olcsóbb, fűtésre valamivel jobb, mint a propán - több a kalória, de van egy nagyon nagy hátránya, ami megnehezíti a használatát orosz körülmények között - a bután megállítja a párolgást, és nulla fokon folyékony marad. Ha Önnek importált alacsony nyakú vagy függőleges tartálya van (a párologtató tükör mélysége 1,5 méternél kisebb), vagy olyan műanyag szarkofágban van elhelyezve, amely rontja a hőátadást, akkor hosszan tartó fagyok esetén a tartály leállíthatja a párologtatást. bután, nemcsak a fagy miatt, hanem - az elégtelen hőátadás miatt is (a párolgás során a gáz lehűti magát). 3 Celsius-fok alatti hőmérsékleten a német, cseh, olasz, lengyel viszonyokra készült importkonténerek intenzív párologtatással a teljes propán elpárolgása után leállítják a gáztermelést, és csak a bután marad.

Most pedig hasonlítsuk össze az LPG és a dízel üzemanyag fogyasztói tulajdonságait

Az LPG használata 29%-kal olcsóbb, mint a gázolaj. Az LPG minősége nem befolyásolja fogyasztói tulajdonságait AvtonomGas tartályok használatakor, sőt több tartalom bután a keverékben, annál jobban működik a gázberendezés. A rossz minőségű dízel üzemanyag komoly károkat okozhat a fűtőberendezésekben. A cseppfolyósított gáz használata mentesíti Önt a dízel üzemanyag szagától a házban. cseppfolyósított gázban kevesebb tartalom mérgező kénvegyületeket, és ennek eredményeként nincs levegőszennyezés a kertben. Cseppfolyós gázból nem csak kazán, hanem gáztűzhely, valamint gázkandalló és gázvillanygenerátor is üzemeltethető.

A különböző típusú (szilárd, folyékony és gáznemű) tüzelőanyagokat általános és specifikus tulajdonságok jellemzik. A tüzelőanyag általános tulajdonságai közé tartozik a fajlagos égéshő és páratartalom, a fajlagos tulajdonságok közé tartozik a hamutartalom, a kéntartalom (kéntartalom), a sűrűség, a viszkozitás és egyéb tulajdonságok.

A tüzelőanyag fajlagos égéshője az a hőmennyiség, amely \(1\) kg szilárd vagy folyékony tüzelőanyag vagy \(1\) m³ gáznemű tüzelőanyag teljes elégetésekor szabadul fel.

A tüzelőanyag energiaértékét elsősorban a fajlagos égéshője határozza meg.

A fajlagos égéshőt \(q\) betűvel jelöljük. A fajlagos égéshő mértékegysége szilárd és folyékony tüzelőanyagok esetén \(1\) J/kg, gáznemű tüzelőanyag esetén \(1\) J/m³.

A fajlagos égéshőt kísérletileg meglehetősen bonyolult módszerekkel határozzák meg.

2. táblázat: Egyes tüzelőanyagok fajlagos égéshője.

szilárd tüzelőanyag

Folyékony üzemanyag

gáznemű tüzelőanyag

(normál körülmények között)

Ebből a táblázatból látható, hogy a legmagasabb a hidrogén fajlagos égéshője, ez \(120\) MJ / m³. Ez azt jelenti, hogy \(1\) m³ térfogatú hidrogén teljes elégetésekor \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J energia szabadul fel.

A hidrogén a nagy energiájú üzemanyagok közé tartozik. Ezenkívül a hidrogén égésterméke közönséges víz, ellentétben más tüzelőanyagokkal, ahol az égéstermékek szén-dioxid és szén-monoxid, hamu és kemence salak. Ez teszi a hidrogént a leginkább környezetbarát üzemanyaggá.

A hidrogéngáz azonban robbanásveszélyes. Ezenkívül más, azonos hőmérsékletű és nyomású gázokhoz képest a legkisebb a sűrűsége, ami megnehezíti a hidrogén cseppfolyósítását és szállítását.

A teljes égés során felszabaduló hőmennyiség \(Q\) \(m\) kg szilárd vagy folyékony tüzelőanyag a következő képlettel számítható ki:

A gáznemű tüzelőanyag teljes elégetése során felszabaduló teljes hőmennyiséget \(Q\) \(V\) m³ a következő képlettel számítjuk ki:

A tüzelőanyag páratartalma (nedvességtartalma) csökkenti a fűtőértékét, mivel nő a nedvesség elpárolgása miatti hőfogyasztás és nő az égéstermékek térfogata (a vízgőz jelenléte miatt).
A hamutartalom a tüzelőanyagban lévő ásványi anyagok elégetése során keletkező hamu mennyisége. A tüzelőanyagban található ásványi anyagok csökkentik a fűtőértékét, mivel csökken az éghető összetevők tartalma (fő ok), és nő az ásványi tömeg felmelegítésére és olvasztására fordított hőfogyasztás.
A kéntartalom (kéntartalom) a negatív tüzelőanyag-tényezőre utal, mivel elégetésekor kén-dioxid gázok képződnek, amelyek szennyezik a légkört és elpusztítják a fémet. Ezenkívül a tüzelőanyagban lévő kén részben átjut az olvasztott fém, hegesztett üvegmasszába, rontva azok minőségét. Például kristály-, optikai és egyéb üvegek olvasztásához nem használható kéntartalmú tüzelőanyag, mivel a kén jelentősen csökkenti az üveg optikai tulajdonságait és színét.

A különböző üzemanyagok eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Ez a fűtőértéktől és az üzemanyag teljes kiégése során felszabaduló hőmennyiségtől függ. Például a hidrogén relatív égéshője befolyásolja annak fogyasztását. Fűtőérték táblázatok segítségével határozzuk meg. A különböző energiaforrások felhasználásának összehasonlító elemzését jelzik.

Nagyon sok az éghető anyag. amelyek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai

Összehasonlító táblázatok

Összehasonlító táblázatok segítségével megmagyarázható, hogy a különböző energiaforrások miért eltérő fűtőértékűek. Például, mint például:

• elektromosság;
• metán;
• bután;
• propán-bután;
• gázolaj;
• tűzifa;
• tőzeg;
• szén;
• cseppfolyósított gázok keverékei.

A propán az egyik legnépszerűbb üzemanyagfajta

A táblázatok nemcsak például a dízel üzemanyag fajlagos égéshőjét mutathatják be. Más mutatók is szerepelnek az összehasonlító elemzések jelentéseiben: fűtőértékek, anyagok térfogatsűrűsége, a feltételes táplálás egy részének ára, a fűtési rendszerek hatékonysága, egy kilowatt óránkénti költsége.

Ebből a videóból megtudhatja az üzemanyag működését:

Üzemanyag árak

Köszönet az összefoglalóknak összehasonlító elemzés meghatározza a metán vagy a dízel üzemanyag használatának lehetőségét. A gáz ára központi gázvezetéken növekedésre hajlamos. Ez még magasabb is lehet, mint a dízel üzemanyag. Éppen ezért a cseppfolyósított szénhidrogén gáz ára alig változik, felhasználása megmarad az egyetlen megoldás független gázosító rendszer telepítésekor.

Az üzemanyagoknak és kenőanyagoknak (POL) többféle elnevezése létezik: szilárd, folyékony, gáznemű és néhány egyéb gyúlékony anyag, amelyekben a POL hőképző savasodási reakciója során kémiai hőenergiája hősugárzássá alakul.

A felszabaduló hőenergiát fűtőértéknek nevezzük. különféle fajtáküzemanyag bármely könnyen éghető anyag teljes kiégésével. A táplálkozás fő mutatója a kémiai összetételtől és a páratartalomtól való függése.

Hőérzékenység

Egy tüzelőanyag GTC-jének meghatározása kísérletileg vagy analitikai számítással történik. A hőérzékenység kísérleti meghatározását kísérleti úton végezzük, a tüzelőanyag kiégése során felszabaduló hőmennyiség meghatározásával hőtárolóban termosztáttal és égésbombával.

Ha szükséges a tüzelőanyag fajlagos égéshő táblázata szerint meghatározni először a számításokat Mengyelejev képletei szerint végezzük. Vannak magasabb és alacsonyabb minőségű OTC üzemanyagok. A legmagasabb relatív hőnél nagy mennyiségű hő szabadul fel, amikor bármilyen tüzelőanyag kiég. Ez figyelembe veszi az üzemanyagban lévő víz elpárologtatására fordított hőt.

A kiégés legalacsonyabb fokán az OTS alacsonyabb, mint a ben a legmagasabb fokozat mert kevesebb izzadság szabadul fel. Az üzemanyag elégetésekor víz és hidrogén párolog. A tüzelőanyag tulajdonságainak meghatározásához a műszaki számítások figyelembe veszik az alacsonyabb relatív égéshőt, amely az üzemanyag fontos paramétere.

A szilárd tüzelőanyagok fajlagos égéshőjét tartalmazó táblázatok a következő összetevőket tartalmazzák: szén, tűzifa, tőzeg, koksz. Tartalmazzák a szilárd, könnyen éghető anyag GTV értékeit. Az üzemanyagok nevei a táblázatokban betűrendben vannak megadva. Az összes szilárd tüzelőanyag és kenőanyag közül a koksz, a szén, a barna és a faszén, valamint az antracit rendelkezik a legnagyobb hőátadó képességgel. Az alacsony termelékenységű üzemanyagok közé tartoznak:

• faipari;
• tűzifa;
• por;
• tőzeg;
• gyúlékony palák.

A folyékony üzemanyagok és kenőanyagok listájában az alkohol, a benzin, a kerozin és az olaj mutatói szerepelnek. A hidrogén fajlagos égéshője, valamint különböző formák az üzemanyag egy kilogramm, egy köbméter vagy egy liter feltétel nélküli kiégésével szabadul fel. Leggyakrabban olyan fizikai tulajdonságok a munka, az energia és a felszabaduló hő mennyiségében mérve.

Attól függően, hogy milyen mértékben magas az üzemanyag és a kenőanyagok OPV-értéke, ez lesz a fogyasztás. Ennek a jogosultságnak a legjelentősebb tüzelőanyag-paramétere van, és ezt figyelembe kell venni a tüzelésű kazántelepek tervezésénél. különböző típusok. A fűtőérték a páratartalomtól és a hamutartalomtól függ, valamint éghető összetevőkből, például szénből, hidrogénből, illékony éghető kénből.

Az alkohol és az aceton kiégésének HT (fajlagos hője) jóval alacsonyabb, mint a klasszikus motorüzemanyagé, és 31,4 MJ/kg, fűtőolajnál ez az érték 39-41,7 MJ/kg. A földgáztüzelés UT indexe 41-49 MJ/kg. Egy kcal (kilokalória) 0,0041868 MJ. A különféle típusú üzemanyagok kalóriatartalma a kiégési CT tekintetében különbözik egymástól. Minél több hőt ad le egy anyag, annál nagyobb a hőcseréje. Ezt a folyamatot hőátadásnak is nevezik. A hőátadás folyadékokat, gázokat és szilárd részecskéket foglal magában.