Удельная теплота сгорания топлива, бензина, керосина, дизтоплива, газов, таблица

Удельная теплота сгорания – один из параметров, который учитывается при определении качества различных видов топлива. Он показывает, сколько тепла выделится при сгорании 1 кг топлива – это может быть любое жидкое горючее (керосин, бензин, дизель и сжиженные газы), а также газообразное. Удельная теплота сгорания есть и у твердого топлива (классическое – сухая древесина). Удельная теплота сгорания топлива оказывает прямое влияние на его расход.

Удельная теплота сгорания

Любое вещество, сгорая, выделяет некий объем тепла. Количество тепла определяется понятием теплоты сгорания или теплотворности. Характеристика относится к процессам, в которых топливо сгорает полностью. Высчитывается количество теплоты в Дж. Удельная теплота сгорания показывает, сколько такой теплой энергии выделяется при сжигании топлива определенного объема или конкретной массы, например, одного кубометра или одного килограмма. Удельная теплота сгорания топлива рассчитывается в Дж/м3.

Удельная теплота сгорания

Количество тепла при сгорании топлива является ключевым пунктом в расчетах расхода различных видов горючего на одно и то же расстояние. Чем выше теплота сгорания, т.е. чем больше один кубометр горючего выделяет тепла, тем медленнее оно будет расходоваться при прочих равных показателях. Чем выше удельная теплота сгорания, тем качественнее топливо.

Любое горючее для транспортных средств обладает данным параметром. В том числе сжиженные газы (пропан) и находящийся в газовом состоянии под большим давлением метан.

Удельная теплота сгорания топлива – не универсальная величина и изменяется в зависимости от процентного соотношения различных групп углеводородных соединений в составе горючего. Также значение имеет присутствие в химическом составе жидкостей или газообразного топлива зольного компонента, процент серы и влаги. От химического состава горючего зависит, какой теплотой сгорания будет обладать продукт – высшей или низшей.

Низшая теплота сгорания

Данный термин используется, когда в процессе сгорания молекулы водорода имеют структуру пара. При этом низшая теплота сгорания не учитывает теплотворность конденсируемого пара, то есть в результате мы получаем «чистую» теплоту сгорания вещества. Рассчитывается показатель в Дж/кг или Дж/м3.

Низшая теплота сгорания

Цифровые значения низшей теплоты сгорания определены в лабораторных условиях и с тех пор являются постоянной величиной. Пример: мы имеем топливо, которое имеет кпд выделения тепла в 110%. По низшей теплоте сгорания расчеты указывают, что 100% — это полученное тепло от сжигания непосредственно объема вещества, а 10% - это тепло, выделенное конденсатом. Также около 1% могут составлять потери тепла в окружающую среду.

Низшая теплота сгорания используется как эталонный показатель по всех расчетах относительно горючего на территории РФ. При этом учитывается, что некоторые газы могут содержать высокий процент азота или других примесей, не подверженных сгоранию. В некоторых случаях объем примесей составляет около 25% от общего объема вещества. Поэтому минимально возможная низшая теплота сгорания газов зафиксирована в ГОСТ. Цифровой показатель не должен опускаться ниже 31,8 Дж/м3.

Высшая теплота сгорания

Высшая теплота сгорания топлива показывает, сколько тепла выделяется при обработке одной единицы объема горючего, молекулы водорода которого сгорают с одновременном выделением воды в жидкой форме. Такое возможно, если опустить температуру вещества до температуры появления конденсата. Таким образом, высшая теплота сгорания показывает полную удельную теплотворность.

Высшая теплота сгорания

Как и низшую, высшую теплоту определяют исследовательским методом в лабораториях. Для достижения чистого результата процесс происходит в профессиональных агрегатах - калориметрах. Показатель будет выше, если в физическом составе вещества присутствует как можно меньше влаги.

Низшая теплота сгорания может быть определена по высшей. Для этого из последней необходимо вычесть количество теплоты конденсируемого водяного пара. Обратите внимание, что во время окисления водорода из одной его части (единицы) образуется 9 равнозначных по массе частей воды в жидком состоянии.

Виды топлива

Если рассматривать все виды топлива, включая твердое, то приличное количество теплоты при сгорании топлива будет выделять уголь в различных его состояниях – каменный и древесный. Содержащий большой процент влаги уголь (бурый) значительно уступает по показателю.

Большой разброс в цифровых значениях, когда мы говорим о сгорании древесины. Во-первых, из дерева невозможно убрать всю влагу, поэтому даже сухая древесина может иметь «скрытый» объем воды, пусть и небольшой. Также по-разному будут отдавать тепло различные древесные сорта – перепад может составлять до 100%, т.е. разница показателей в два раза.

Газовые типы горючего различаются по цифровой характеристике удельной теплоты сгорания, но незначительно. Пожалуй, наиболее перспективным газом является «чистый» водород, который выделяет огромное количество тепла при сгорании в рабочей камере. Это потенциальное экономичное горючее будущего, однако, чтобы запустить его производство, необходимо решить ряд технических задач, в том числе связанных с безопасностью перевозок и длительным хранением вещества.

Жидкие топлива имеют минимальный разброс в показаниях удельной теплоты сгорания. Разница может составлять всего лишь 1 единицу измерения.

Удельная теплота сгорания бензина

Зафиксированная теплота сгорания бензина составляет 44МДж/кг. Она может повышаться/опускаться на 0,5-1,5 пункта. При этом авиационный бензин имеет большую теплотворную способность, чем автомобильный.

Удельная теплота сгорания бензина

Что касается марок автомобильного бензина, то детонационная стойкость не является определяющим фактором для удельной теплоты сгорания жидкости. Однако октановое число косвенно характеризует химический состав горючего вещества. Чем большую очистку прошло нефтяное сырье и нефтяные фракции, тем меньше в составе молекул воды, серы и золы, а значит, тем больше тепла выделяется при сгорании конечного продукта.

Автолюбители вряд ли смогут определить удельную теплоту сгорания топлива самостоятельно, основываясь лишь на расходе горючего или плавности запуска мотора. Поэтому и существуют справочная информация и результаты лабораторных исследований.

Удельная теплота сгорания керосина

Химический состав керосина отличается тем, что содержит четыре типа углеводородных соединений. Процентное соотношение н-пентадекана, тетрадекана, дуодекана и н-тридекана варьируется. Каждый из типов имеет собственную удельную теплоту сгорания. Поэтому относительно их смешения допускается погрешность в исследовании количества выделяемого при сгорании тепла.

Удельная теплота сгорания керосина

Количество теплоты при сгорании топлива керосина также зависит от плотности состава. В свою очередь, сама плотность зависит от температуры. Чем выше температура жидкости, тем больше теплотворная способность. Чем ближе температура к начальной температуре горения +215 градусов, тем больше теплоотдача.

За стандартную удельную теплоту сгорания керосина принята цифра в 43 МДж/кг, однако, как говорилось, допустимо отклонение в 1 МДж/кг в любую сторону.

Удельная теплота сгорания дизельного топлива

Удельная теплота сгорания дизтоплива

Какая удельная теплота сгорания у дизеля зависит от химического состава нефтяного продукта. Солярка (дизель) – это вещество, получаемое после перегонки достаточно тяжелых нефтяных фракций, а именно керосина и газойля. В составе ДТ может находиться до 40% алканов, до 30% ароматических углеводородов. Также в жидкости отмечается большее содержание серного компонента, чем, например, в бензине. Поэтому, чтобы сжигание дизеля происходило безопасно и эффективно, транспортные средства оборудуются специальным двигателем.

Показатель удельной теплоты сгорания дизельного топлива – 42,7 МДж/кг. Значение отображено и регулируется в ГОСТ.

Удельная теплота сгорания газов

Обладая довольно-таки схожими данными по удельной теплоте сгорания, газы все-таки могут демонстрировать некоторые различия, особенно если мы говорим о сравнении природного газа метана со смесью других газов (пропан и бутан).

Удельная теплота сгорания газов

Чем больше «тяжелых» газовых веществ в смеси, тем меньше теплота сгорания. Плотное вещество утяжеляет состав, он горит менее эффективно и, значит, выделяет меньший объем тепла. Поэтому посчитать, какая удельная теплота сгорания газов, можно, зная номинальную плотность этих газов.

Наибольшей удельной теплотой сгорания может обладать природный газ – до 50 МДж/кг, в то время как пропан-бутан не выдаст больше 47 МДж/кг тепла. При этом показатель не будет сильно различаться между летней и зимней смесью (в последней содержится до 90% пропана).

Удельная теплота сгорания: таблица

В представленном справочном материале зафиксирована высшая удельная теплота сгорания веществ, выраженная сразу в нескольких единицах измерения как для внутрироссийского, так и для международного использования.

Таблица удельной теплоты сгорания топлива

Удельная теплота сгорания: таблица

Как видно, наибольшей теплотворной способностью среди типов автомобильного горючего обладает бензин, среди газов – метан и бутан.