Sisu
- Energiatiheduse valem
- Energiatiheduse ühikud
- Energiasisalduse arvutamine
- Pommi kalorimeeter
- Kõrgem kütteväärtus energiasisaldus
- Biodiisli energiatihedus
Mis muudab bensiini ja muud kütused nii võimsaks? Keemiliste segude, näiteks kütuste potentsiaal, mida võimsad autod põhjustavad reaktsioonidest, mida need materjalid suudavad põhjustada.
Seda energiatihedust saate mõõta sirgjooneliste valemite ja võrrandite abil, mis reguleerivad neid keemilisi ja füüsikalisi omadusi kütuste kasutuselevõtmisel. Energiatiheduse võrrand annab võimaluse mõõta seda võimsat energiat kütuse enda suhtes.
Energiatiheduse valem
Valem: energiatihedus on Ed = E / V energiatiheduse jaoks Ed, energia E ja maht V. Võite ka mõõta spetsiifiline energia Es kui E / M mahu asemel mass. Spetsiifiline energia on tihedamalt seotud saadaoleva energiaga, mida kütused autode toiteks kasutavad, kui energiatihedus on. Võrdlustabelid näitavad, et bensiini, petrooleumi ja diislikütuse energiatihedus on palju suurem kui kivisöel, metanoolil ja puul.
Olenemata sellest, keemikud, füüsikud ja insenerid kasutavad autode kavandamisel ja materjalide füüsikaliste omaduste katsetamisel nii energiatihedust kui ka erienergiat. Selle tihedalt pakitud energia põlemisel saate kindlaks teha, kui palju energiat kütus eraldab. Seda mõõdetakse energiasisalduse kaudu.
Energia kogus massiühiku või mahuühiku kohta, mida kütus põlemisel eraldub, on kütuse energiasisaldus. Kui tihedamalt pakitud kütuste energiasisalduse väärtused on mahu osas kõrgemad, tekitavad madalama tihedusega kütused tavaliselt suuremat energiasisaldust massiühiku kohta.
Energiatiheduse ühikud
Energiasisaldust tuleb mõõta konkreetse gaasi mahu, konkreetse temperatuuri ja rõhu korral. USA-s teatavad insenerid ja teadlased energiasisalduse rahvusvahelistes Briti soojusüksustes (BtuIT), Kanadas ja Mehhikos aga energiasisaldus džaulides (J).
Võite ka kasutada kaloreid energiasisaldusest teatamiseks. Teaduses ja inseneriteaduses kasutatavad standardsemad energiasisalduse arvutamise meetodid kasutavad soojuse kogust, kui põletate selle materjali ühe grammi džaulides grammi kohta (J / g).
Energiasisalduse arvutamine
Kasutades seda džaulide ühikut grammi kohta, saate konkreetse aine temperatuuri tõstmisel arvutada, kui palju soojust eraldub, kui teate konkreetset soojusmahtuvust Clk sellest materjalist. Clk vee mass on 4,18 J / g ° C. Kasutate kuumuse jaoks võrrandit H kui H = ∆T x m x Clk milles T on temperatuuri muutus ja m on aine mass grammides.
Kui mõõdate katseliselt keemilise materjali alg- ja lõpptemperatuure, saate kindlaks määrata reaktsiooni käigus eralduva soojuse. Kui soojendaksite kütusekolbi mahutina ja registreeriksite temperatuurimuutuse ruumis vahetult väljaspool asuvas ruumis, saate selle võrrandi abil mõõta eralduvat soojust.
Pommi kalorimeeter
Temperatuuri mõõtmisel saab temperatuuriandur temperatuuri aja jooksul pidevalt mõõta. See annab teile laia temperatuurivahemiku, mille jaoks saate kasutada soojusvõrrandit. Samuti peaksite otsima graafikult kohti, mis näitavad a-d lineaarne suhe temperatuuri vahel aja jooksul, kuna see näitaks, et temperatuur eraldub ühtlase kiirusega. See näitab tõenäoliselt temperatuuri ja soojuse lineaarset suhet, mida soojusvõrrand kasutab.
Seejärel, kui mõõdate, kui palju on kütuse mass muutunud, saate kindlaks teha, kuidas selles kütuse massis energiat hoiti. Teise võimalusena saate mõõta, kui suur on ruumala erinevus sobivate energiatiheduse ühikute jaoks.
See meetod, mida nimetatakse pommi kalorimeeter meetod annab teile eksperimentaalse meetodi energiatiheduse valemi kasutamiseks selle tiheduse arvutamiseks. Rafineeritumate meetodite puhul võib arvestada konteineri enda seintele kaotatud kuumusega või soojuse juhtivusega läbi mahuti materjali.
Kõrgem kütteväärtus energiasisaldus
Võite energiasisaldust väljendada ka kõrgema kütteväärtuse variatsioonina (HHV). See on toatemperatuuril (25 ° C) eralduv soojushulk kütuse massi või mahu järgi pärast põlemist ja toodete soojenemist toatemperatuurini. Selle meetodi abil võetakse arvesse varjatud soojust, entalpiakuumust, mis ilmneb materjali jahutamisel tahkestamise ja tahkisefaasi muutuste korral.
Selle meetodi abil saadakse energiasisaldus kõrgema kütteväärtusega baasmahu tingimustes (HHVb). Standard- või baastingimustes energia voolukiirus qHb on võrdne mahulise voolukiiruse korrutisega qvb ja kõrgem kütteväärtus baasmahu tingimustes võrrandis qHb = qvb x HHVb.
Katsemeetodite abil on teadlased ja insenerid uurinud: HHVb erinevate kütuste jaoks, et teha kindlaks, kuidas seda saab määrata muude kütusesäästlikkusega seotud muutujate funktsioonina. Standardtingimused on määratletud kui 10 ° C (273,15 K või 32 ° F) ja 105 paskalit (1 baari).
Need empiirilised tulemused on seda näidanud HHVb sõltub rõhust ja temperatuurist baastingimustes, samuti kütuse või gaasi koostisest. Seevastu madalam kütteväärtus LHV on sama mõõt, kuid punktis, kus vesi põlemissaadustes jääb auruks või auruks.
Muud uuringud on näidanud, et saate arvutada HHV kütuse enda koostisest. See peaks teile andma HHV = .35XC + 1,18XH + 0,10XS + - 0,02XN - 0,10XO - 0,02Xtuhk igaühega X süsiniku (C), vesiniku (H), väävli (S), lämmastiku (N), hapniku (O) ja ülejäänud tuhasisalduse murdosa massina. Lämmastik ja hapnik mõjutavad kahjulikult HHV kuna need ei soodusta soojuse eraldumist nagu teised elemendid ja molekulid.
Biodiisli energiatihedus
Biodiislikütused pakuvad keskkonnasõbralikku meetodit kütuse tootmiseks alternatiivina teistele kahjulikumatele kütustele. Need on loodud looduslikest õlidest, sojaoaekstraktidest ja vetikatest. See taastuvkütuseallikas põhjustab keskkonna vähem reostust ja tavaliselt segatakse neid petrooleumkütustega (bensiin ja diislikütus). See teeb neist ideaalsed kandidaadid uurimaks, kui palju energiat kütus tarbib, kasutades selliseid koguseid nagu energiatihedus ja energiasisaldus.
Energiasisalduse seisukohast on biodiislikütuses kahjuks palju hapnikku, seega on nende mass massist madalamad energiaväärtused (ühikutes MJ / kg). Biodiislikütuse massisisaldus on umbes 10 protsenti väiksem. Näiteks B100 energiasisaldus on 119 550 Btu / gal.
Teine viis kütuse tarbitava energia mõõtmiseks on energiabilanss, mis biodiisli puhul on 4,56. See tähendab, et biodiislikütused annavad iga kasutatud fossiilse energiaühiku kohta 4,56 ühikut energiat. Muud kütused pakuvad rohkem energiat, näiteks B20, diislikütuse ja biomassi segu. Sellel kütusel on umbes 99 protsenti ühe galloni diislikütuse energiast või 109 protsenti ühe galloni bensiini energiast.
Biomassist eralduva soojuse tõhususe määramiseks on olemas alternatiivsed meetodid. Biomassi uurivad teadlased ja insenerid kasutavad pommi kalorimeetri meetodit, et mõõta põlemisel eralduvat soojust, mis kandub anumat ümbritsevasse õhku või vette. Sellest saate kindlaks teha HHV biomassi jaoks.