tepelné stroje v termodynamike sú to periodicky pracujúce tepelné motory a chladiace stroje (termokompresory). Rôzne chladiace stroje sú tepelné čerpadlá.

Zariadenia, ktoré vyrábajú mechanická práca v dôsledku vnútornej energie paliva, sú tzv tepelné motory (tepelné motory). Pre činnosť tepelného motora sú potrebné tieto komponenty: 1) zdroj tepla s vyššou teplotnou hladinou t1, 2) zdroj tepla s nižšou teplotnou hladinou t2, 3) pracovná kvapalina. Inými slovami: akékoľvek tepelné motory (tepelné motory) pozostávajú z ohrievač, chladič a pracovné médium .

Ako pracovný orgán používa sa plyn alebo para, pretože sú vysoko stlačiteľné a v závislosti od typu motora sa môže vyskytovať palivo (benzín, petrolej), vodná para atď. Ohrievač odovzdáva určité množstvo tepla (Q1) pracovnej kvapaline a jeho vnútorná energia sa zvyšuje, vďaka tejto vnútornej energii sa vykoná mechanická práca (A), potom pracovná tekutina odovzdá určité množstvo tepla chladničke (Q2) a ochladí sa na počiatočnú teplotu. Opísaná schéma predstavuje pracovný cyklus motora a je všeobecná, v skutočných motoroch môžu rôzne zariadenia hrať úlohu ohrievača a chladničky. Prostredie môže slúžiť ako chladnička.

Keďže v motore sa časť energie pracovnej tekutiny prenáša do chladničky, je zrejmé, že nie všetka energia, ktorú dostáva z ohrievača, ide na prácu. resp. koeficient užitočná akcia motor (účinnosť) sa rovná pomeru vykonanej práce (A) k množstvu tepla, ktoré dostane z ohrievača (Q1):

Spaľovací motor (ICE)

Existujú dva typy spaľovacích motorov (ICE): karburátor a diesel. V karburátorovom motore sa pracovná zmes (zmes paliva so vzduchom) pripravuje mimo motora v špeciálne zariadenie a odtiaľ to ide do motora. V dieselovom motore sa palivová zmes pripravuje v samotnom motore.

ICE pozostáva z valec , v ktorej sa pohybuje piest ; valec má dva ventily , cez ktorý sa jedným vpúšťa horľavá zmes do valca a cez druhý sa z valca uvoľňujú výfukové plyny. Použitie piestu kľukový mechanizmus spája s kľukový hriadeľ , ktorý prichádza do rotácie počas translačného pohybu piesta. Valec je uzavretý uzáverom.

Cyklus prevádzky spaľovacieho motora zahŕňa štyri bary: sanie, kompresia, zdvih, výfuk. Počas nasávania sa piest pohybuje nadol, tlak vo valci klesá a cez ventil sa doň dostáva horľavá zmes (v karburátorovom motore) alebo vzduch (v dieselovom motore). Ventil je v tomto čase zatvorený. Na konci vstupu horľavej zmesi sa ventil uzavrie.

Pri druhom zdvihu sa piest posunie nahor, ventily sa uzavrú a pracovná zmes alebo vzduch sa stlačí. Súčasne stúpa teplota plynu: horľavá zmes v karburátorovom motore sa zahreje na 300 - 350 ° C a vzduch v dieselovom motore - na 500 - 600 ° C. Na konci kompresného zdvihu preskočí v karburátorovom motore iskra a horľavá zmes sa zapáli. V dieselovom motore sa palivo vstrekuje do valca a vzniknutá zmes sa samovoľne vznieti.

Pri spaľovaní horľavej zmesi plyn expanduje a tlačí piest a k nemu pripojený kľukový hriadeľ, pričom vykonáva mechanickú prácu. To spôsobí ochladenie plynu.

Keď piest dosiahne najnižší bod, tlak v ňom sa zníži. Keď sa piest pohybuje nahor, ventil sa otvorí a výfukové plyny sa uvoľnia. Na konci tohto cyklu sa ventil zatvorí.

Parná turbína

Parná turbína predstavuje disk namontovaný na hriadeli, na ktorom sú pripevnené lopatky. Para vstupuje do lopatiek. Para zahriata na 600 °C sa posiela do trysky a expanduje v nej. Pri expanzii pary sa jej vnútorná energia premieňa na kinetickú energiu usmerneného pohybu prúdu pary. Prúd pary vstupuje z dýzy na lopatky turbíny a odovzdáva im časť svojej kinetickej energie, čím sa turbína otáča. Turbíny majú zvyčajne niekoľko kotúčov, z ktorých každý prijíma časť energie pary. Otáčanie kotúča sa prenáša na hriadeľ, ku ktorému je pripojený generátor elektrického prúdu.

Pri spaľovaní rôznych palív rovnakej hmotnosti sa uvoľňuje rôzne množstvo tepla. Napríklad je dobre známe, že zemný plyn je energeticky efektívne palivo ako palivové drevo. To znamená, že na získanie rovnakého množstva tepla musí byť hmotnosť palivového dreva, ktoré sa má spáliť, výrazne väčšia ako hmotnosť zemný plyn. Následne sa rôzne druhy palív z energetického hľadiska vyznačujú množstvom tzv špecifické spalné teplo paliva .

Špecifické teplo spaľovanie paliva- fyzikálna veličina udávajúca, koľko tepla sa uvoľní pri úplnom spálení paliva o hmotnosti 1 kg.

Každý vie, že spotreba paliva hrá v našom živote obrovskú úlohu. Palivo sa používa takmer v každom odvetví moderného priemyslu. Zvlášť často používané palivo získané z ropy: benzín, petrolej, nafta a iné. Používajú sa aj horľavé plyny (metán a iné).

Odkiaľ pochádza energia z paliva?

Vieme, že molekuly sa skladajú z atómov. Aby bolo možné rozdeliť akúkoľvek molekulu (napríklad molekulu vody) na jej základné atómy, je potrebné vynaložiť energiu (prekonať príťažlivé sily atómov). Experimenty ukazujú, že keď sa atómy spoja do molekuly (to sa deje pri spaľovaní paliva), energia sa naopak uvoľňuje.

Ako viete, existuje aj jadrové palivo, ale o tom sa tu nebudeme baviť.

Pri spaľovaní paliva sa uvoľňuje energia. Najčastejšie ide o tepelnú energiu. Experimenty ukazujú, že množstvo uvoľnenej energie je priamo úmerné množstvu spáleného paliva.

Špecifické spalné teplo

Táto energia sa vypočíta pomocou fyzikálne množstvo nazývané špecifické spalné teplo paliva. Merné spalné teplo paliva ukazuje, koľko energie sa uvoľní pri spaľovaní jednotkovej hmotnosti paliva.

Je určený latinské písmeno q. V sústave SI je mernou jednotkou tohto množstva J / kg. Všimnite si, že každé palivo má svoje špecifické spalné teplo. Táto hodnota bola nameraná pre takmer všetky druhy paliva a je určená z tabuliek pri riešení úloh.

Napríklad špecifické spalné teplo benzínu je 46 000 000 J/kg, petrolej je rovnaký a etylalkohol je 27 000 000 J/kg. Je ľahké pochopiť, že energia uvoľnená pri spaľovaní paliva sa rovná súčinu hmotnosti tohto paliva a špecifického spaľovacieho tepla paliva:

Zvážte príklady

Zvážte príklad. 10 gramov etylalkoholu vyhorelo v liehovej lampe za 10 minút. Nájdite silu alkoholovej lampy.

Riešenie. Nájdite množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní alkoholu:

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

Poďme zistiť silu alkoholovej lampy:

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

Pozrime sa na zložitejší príklad. Hliníková panvica s hmotnosťou m1 naplnená vodou s hmotnosťou m2 sa ohrieva pieckou z teploty t1 na teplotu t2 (0°C< t1 < t2

Riešenie.

Nájdite množstvo tepla prijatého hliníkom:

Q1 = c1 * m1 * (t1 t2);

nájdite množstvo tepla prijatého vodou:

Q2 = c2 * m2 * (t1 t2);

nájdite množstvo tepla prijatého hrncom s vodou:

nájdite množstvo tepla, ktoré vydáva spálený benzín:

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

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

Výpočty nákladov na 1 kWh:

• Dieselové palivo. Merné spalné teplo motorovej nafty je 43 mJ/kg; alebo, berúc do úvahy hustotu 35 mJ / liter; pri zohľadnení účinnosti kotla na naftu (89 %) dostaneme, že pri spaľovaní 1 litra vznikne 31 mJ energie, alebo v známejších jednotkách 8,6 kWh.
  • Náklady na 1 liter motorovej nafty sú 20 rubľov.
  • Náklady na 1 kWh energie spaľovania motorovej nafty sú 2,33 rubľov.

• Propán-butánová zmes SPBT(Skvapalnený uhľovodíkový plyn SUG). Špecifická výhrevnosť LPG je 45,2 mJ / kg, alebo pri hustote 27 mJ / liter pri účinnosti plynového kotla 95 % dostaneme pri spaľovaní 1 litra 25,65 mJ energie. je generovaný, alebo v známejších jednotkách - 7,125 kW * h.
  • Náklady na 1 liter LPG sú 11,8 rubľov.
  • Náklady na 1 kWh energie sú 1,66 rubľov.

Rozdiel v cene 1 kW tepla získaného spaľovaním nafty a LPG vyšiel 29 %. Vyššie uvedené čísla ukazujú, že skvapalnený plyn je z uvedených zdrojov tepla hospodárnejší. Pre presnejší výpočet je potrebné uviesť aktuálne ceny energií.

Vlastnosti použitia skvapalneného plynu a motorovej nafty

DIESELOVÉ PALIVO. Existuje niekoľko odrôd, ktoré sa líšia obsahom síry. Ale pre kotol to nie je veľmi dôležité. Dôležité je ale rozdelenie na zimnú a letnú motorovú naftu. Norma stanovuje tri hlavné triedy motorovej nafty. Najbežnejší je letný (L), rozsah jeho použitia je od O °C a vyššie. Zimná motorová nafta (3) sa používa pri záporných teplotách vzduchu (do -30°C). Pre nižšie teploty by sa mala používať arktická (A) motorová nafta. punc nafta je jeho bodom zákalu. V skutočnosti je to teplota, pri ktorej parafíny obsiahnuté v motorovej nafte začnú kryštalizovať. Naozaj sa zakalí a pri ďalšom znižovaní teploty sa z neho stáva želé alebo mrazená tuková polievka. Najmenšie kryštály parafínu upchávajú póry palivových filtrov a ochranných sietí, usadzujú sa v kanáloch potrubia a paralyzujú prácu. Pre letné palivo je bod zákalu -5°C a pre zimné palivo -25°C. Dôležitým ukazovateľom, ktorý musí byť uvedený v pase pre motorovú naftu, je maximálna teplota filtrovateľnosti. Zakalená motorová nafta sa môže použiť až do teploty filtrovateľnosti a potom - upchatý filter a odpojenie paliva. Zimná nafta sa od letnej nelíši ani farbou, ani vôňou. Ukazuje sa teda, že iba Boh (a tanker) vie, čo je vlastne zatopené. Niektorí remeselníci miešajú letnú naftu s BGS (benzínový plyn) a inou vodkou, čím dosahujú nižšiu teplotu filtrovania, čo je spojené s poruchou čerpadla a jednoducho výbuchom, pretože toto pekelné bodyagi má znížený bod vzplanutia. Namiesto nafty je možné dodať aj ľahký vykurovací olej, ktorý sa navonok nelíši, ale obsahuje viac nečistôt, navyše tých, ktoré v nafte vôbec nie sú. Čo je plné kontaminácie palivového zariadenia a jeho nie lacného čistenia. Z vyššie uvedeného môžeme konštatovať, že ak si kúpite dieselový motor za nízku cenu od jednotlivcov alebo neoverených organizácií, môžete vykurovací systém opraviť alebo rozmraziť. Cena motorovej nafty dovezenej k vám domov sa pohybuje o rubeľ od cien na čerpacích staniciach, a to nahor aj nadol v závislosti od odľahlosti vašej chaty a množstva prepravovaného paliva, všetko lacnejšie by vás malo upozorniť, ak ste nie extrémne a nebojte sa stráviť noc v chladiacom dome v 30 stupňovom mraze.

SKVAPALNENÝ PLYN. Rovnako ako v prípade motorovej nafty existuje niekoľko druhov SPBT, ktoré sa líšia zložením zmesi propánu a butánu. Zimná zmes, letná a arktická. Zimnú zmes tvorí 65 % propánu, 30 % butánu a 5 % nečistôt plynu. Letná zmes pozostáva zo 45% propánu, 50% butánu, 5% plynových nečistôt. Arktická zmes – 95 % propánu a 5 % nečistôt. Je možné dodať zmes 95% butánu a 5% nečistôt, takáto zmes sa nazýva domácnosť. Do každej zmesi sa pridáva veľmi málo. veľké množstvo sírnatá látka - odorizér, za účelom vytvorenia "vône plynu". Z hľadiska horenia a vplyvu na zariadenie nemá zloženie zmesi prakticky žiadny vplyv. Bután, aj keď je oveľa lacnejší, je o niečo lepší na vykurovanie ako propán - má viac kalórií, ale má veľmi veľkú nevýhodu, ktorá sťažuje jeho použitie v ruských podmienkach - bután sa prestáva vyparovať a zostáva tekutý pri nule stupňov. Ak máte dovezenú nádrž s nízkym hrdlom alebo zvislou (hĺbka odparovacieho zrkadla je menšia ako 1,5 metra) alebo sa nachádza v plastovom sarkofágu, ktorý zhoršuje prenos tepla, tak pri dlhotrvajúcich mrazoch môže nádrž zastaviť vyparovanie bután, a to nielen v dôsledku mrazu, ale aj z - v dôsledku nedostatočného prenosu tepla (pri vyparovaní sa plyn sám ochladzuje). Pri teplotách pod 3 stupne Celzia dovážané nádoby vyrobené na podmienky Nemecka, Česka, Talianska, Poľska s intenzívnym odparovaním prestávajú po odparení všetkého propánu produkovať plyn a zostáva len bután.

Teraz porovnajme spotrebiteľské vlastnosti LPG a motorovej nafty

Používanie LPG je o 29 % lacnejšie ako nafta. Kvalita LPG nemá vplyv na jeho spotrebiteľské vlastnosti pri použití nádrží AvtonomGas, navyše viac obsahu bután v zmesi, tým lepšie plynové zariadenie funguje. Nekvalitná motorová nafta môže viesť k vážnemu poškodeniu vykurovacieho zariadenia. Použitie skvapalneného plynu vás zbaví prítomnosti zápachu motorovej nafty v dome. v skvapalnenom plyne menej obsahu jedovaté zlúčeniny síry a v dôsledku toho nedochádza k znečisteniu ovzdušia vo vašej záhrade. Zo skvapalneného plynu môžete prevádzkovať nielen kotol, ale aj plynový sporák, ako aj plynový krb a plynový elektrický generátor.

Rôzne druhy palív (pevné, kvapalné a plynné) sa vyznačujú všeobecnými a špecifickými vlastnosťami. Medzi všeobecné vlastnosti paliva patrí špecifické spalné teplo a vlhkosť, medzi špecifické vlastnosti patrí obsah popola, obsah síry (obsah síry), hustota, viskozita a ďalšie vlastnosti.

Merné spalné teplo paliva je množstvo tepla, ktoré sa uvoľní pri úplnom spálení \(1\) kg tuhého alebo kvapalného paliva alebo \(1\) m³ plynného paliva.

Energetickú hodnotu paliva určuje predovšetkým jeho špecifické spalné teplo.

Špecifické spalné teplo sa označuje písmenom \(q\). Jednotkou merného spaľovacieho tepla je \(1\) J/kg pre tuhé a kvapalné palivá a \(1\) J/m³ pre plynné palivá.

Špecifické spalné teplo sa experimentálne určuje pomerne zložitými metódami.

Tabuľka 2. Merné spalné teplo niektorých druhov palív.

tuhé palivo

Kvapalné palivo

plynné palivo

(za normálnych podmienok)

Z tejto tabuľky je vidieť, že najvyššie je špecifické spalné teplo vodíka, je to \(120\) MJ / m³. To znamená, že úplným spálením vodíka o objeme \(1\) m³ sa uvoľní \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J energie.

Vodík patrí medzi vysokoenergetické palivá. Produktom spaľovania vodíka je navyše obyčajná voda, na rozdiel od iných palív, kde sú produktmi spaľovania oxid uhličitý a oxid uhoľnatý, popol a pecná troska. To robí z vodíka najekologickejšie palivo.

Plynný vodík je však výbušný. Navyše má v porovnaní s inými plynmi pri rovnakej teplote a tlaku najnižšiu hustotu, čo sťažuje skvapalňovanie vodíka a jeho transport.

Celkové množstvo tepla \(Q\) uvoľneného počas úplného spaľovania \(m\) kg tuhého alebo kvapalného paliva sa vypočíta podľa vzorca:

Celkové množstvo tepla \(Q\) uvoľneného počas úplného spaľovania \(V\) m³ plynného paliva sa vypočíta podľa vzorca:

Vlhkosť (obsah vlhkosti) paliva znižuje jeho výhrevnosť, pretože sa zvyšuje spotreba tepla na odparovanie vlhkosti a zvyšuje sa objem splodín horenia (v dôsledku prítomnosti vodnej pary).
Obsah popola je množstvo popola, ktoré vzniká pri spaľovaní minerálnych látok obsiahnutých v palive. Minerálne látky obsiahnuté v palive znižujú jeho výhrevnosť, nakoľko sa znižuje obsah horľavých zložiek (hlavný dôvod) a zvyšuje sa spotreba tepla na ohrev a tavenie minerálnej hmoty.
Obsah síry (obsah síry) sa vzťahuje na negatívny palivový faktor, pretože pri spaľovaní vznikajú plyny oxidu siričitého, ktoré znečisťujú atmosféru a ničia kov. Okrem toho síra obsiahnutá v palive čiastočne prechádza do roztaveného kovu, zváranej sklenenej hmoty, čím sa znižuje ich kvalita. Napríklad na tavenie krištáľových, optických a iných skiel nemožno použiť palivo obsahujúce síru, pretože síra výrazne znižuje optické vlastnosti a farbu skla.

Rôzne palivá majú rôzne vlastnosti. Závisí od výhrevnosti a množstva tepla uvoľneného pri úplnom vyhorení paliva. Napríklad relatívne teplo spaľovania vodíka ovplyvňuje jeho spotrebu. Kalorická hodnota určiť pomocou tabuliek. Uvádzajú porovnávacie analýzy spotreby rôznych energetických zdrojov.

Existuje veľa horľavín. z ktorých každá má svoje pre a proti

Porovnávacie tabuľky

Pomocou porovnávacích tabuliek je možné vysvetliť, prečo majú rôzne energetické zdroje rôznu výhrevnosť. Napríklad ako:

• elektrina;
• metán;
• bután;
• propán-bután;
• motorová nafta;
• palivové drevo;
• rašelina;
• uhlie;
• zmesi skvapalnených plynov.

Propán je jedným z najpopulárnejších druhov paliva

Tabuľky môžu znázorňovať nielen napríklad špecifické spalné teplo motorovej nafty. V správach porovnávacích rozborov sú zahrnuté aj ďalšie ukazovatele: výhrevnosť, objemové hustoty látok, cena za jednu časť kondičnej výživy, účinnosť vykurovacích systémov, náklady na jeden kilowatt za hodinu.

V tomto videu sa dozviete o prevádzke paliva:

Ceny pohonných hmôt

Vďaka súhrnom komparatívna analýza určiť perspektívu používania metánu alebo motorovej nafty. Cena plynu v centralizovanom plynovode má tendenciu sa zvyšovať. Môže byť dokonca vyššia ako nafta. Preto sa náklady na skvapalnený uhľovodíkový plyn takmer nezmenia a jeho využitie zostane zachované jediné riešenie pri inštalácii nezávislého splyňovacieho systému.

Existuje niekoľko druhov názvov palív a mazív (POL): tuhé, kvapalné, plynné a niektoré ďalšie horľavé materiály, v ktorých sa pri reakcii okysľovania POL pri tvorbe tepla mení jeho chemická tepelná energia na tepelné žiarenie.

Uvoľnená tepelná energia sa nazýva výhrevnosť. rôzne druhy palivo s úplným vyhorením akejkoľvek ľahko horľavej látky. Jeho závislosť od chemického zloženia a vlhkosti je hlavným ukazovateľom výživy.

Tepelná náchylnosť

Stanovenie GTC paliva sa vykonáva experimentálne alebo pomocou analytického výpočtu. Experimentálne stanovenie tepelnej susceptibility sa vykonáva experimentálne stanovením objemu tepla uvoľneného pri dohorení paliva v tepelnom zásobníku s termostatom a spaľovacou bombou.

Ak je potrebné určiť podľa tabuľky merné spalné teplo paliva najprv sa vykonajú výpočty podľa Mendelejevových vzorcov. Existujú vyššie a nižšie triedy OTC paliva. Pri najvyššom relatívnom teple sa pri vyhorení akéhokoľvek paliva uvoľňuje veľké množstvo tepla. Toto zohľadňuje teplo vynaložené na odparovanie vody v palive.

Pri najnižšom stupni vyhorenia je OTS nižší ako v najvyšší stupeň pretože sa uvoľňuje menej potu. Pri spaľovaní paliva dochádza k odparovaniu z vody a vodíka. Na určenie vlastností paliva inžinierske výpočty berú do úvahy nižšie relatívne spalné teplo, ktoré je dôležitým parametrom paliva.

V tabuľkách merného spalného tepla tuhých palív sú zahrnuté tieto zložky: uhlie, palivové drevo, rašelina, koks. Zahŕňajú hodnoty GTV pevného, ​​ľahko horľavého materiálu. Názvy palív v tabuľkách sa zadávajú abecedne. Zo všetkých pevných foriem palív a mazív má najväčšiu schopnosť prenosu tepla koks, uhlie, hnedé a drevené uhlie, ako aj antracit. Medzi palivá s nízkou produktivitou patria:

• drevo;
• palivové drevo;
• prášok;
• rašelina;
• horľavé bridlice.

V zozname kvapalných palív a mazív sú zapísané ukazovatele alkoholu, benzínu, petroleja a oleja. Špecifické teplo spaľovania vodíka, ako aj rôzne formy palivo sa uvoľňuje s bezpodmienečným vyhorením jedného kilogramu, jedného kubického metra alebo jedného litra. Najčastejšie takéto fyzikálne vlastnosti merané v jednotkách práce, energie a množstva uvoľneného tepla.

V závislosti od toho, do akej miery je OPV paliva a mazív vysoké, to bude jeho spotreba. Takáto oprávnenosť má najvýznamnejší parameter paliva, a to je potrebné vziať do úvahy pri projektovaní kotolní na palivo. odlišné typy. Výhrevnosť závisí od vlhkosti a obsahu popola, ako aj z horľavých zložiek, ako je uhlík, vodík, prchavá horľavá síra.

HT (merné teplo) vyhorenia alkoholu a acetónu je oveľa nižšie ako pri klasickom motorovom palive a je 31,4 MJ/kg, pri vykurovacom oleji sa pohybuje od 39-41,7 MJ/kg. UT index spaľovania zemného plynu je 41-49 MJ/kg. Jedna kcal (kilokalória) sa rovná 0,0041868 MJ. Kalorický obsah palív rôznych typov sa navzájom líši z hľadiska vyhorenia CT. Čím viac tepla látka vydáva, tým väčšia je jej výmena tepla. Tento proces sa tiež nazýva prenos tepla. Prenos tepla zahŕňa kvapaliny, plyny a pevné častice.