Kuidas arvutada energia tihedust

Mis teeb bensiini ja muud kütused nii võimsaks? Autode jõul tekkivate keemiliste segude, näiteks kütuste potentsiaal tuleneb reaktsioonidest, mida need materjalid suudavad põhjustada.

Seda energiatihedust saate mõõta lihtsate valemite ja võrrandite abil, mis reguleerivad neid keemilisi ja füüsikalisi omadusi kütuste kasutuselevõtmisel. Energiatiheduse võrrand annab võimaluse mõõta seda võimsat energiat kütuse enda suhtes.

Valemenergia tiheduson

energia tiheduse jaoksE_d, energiaEja mahtV. Võite ka mõõtaspetsiifiline energia​ ​E_sasE / Mmahu asemel massi jaoks. Spetsiifiline energia on tihedamalt seotud olemasoleva energiaga, mida kütused kasutavad autode käitamisel, kui energiatihedus. Võrdlustabelid näitavad, et bensiinil, petrooleumil ja diislikütustel on palju suurem energiatihedus kui söel, metanoolil ja puidul.

Sõltumata sellest, kasutavad keemikud, füüsikud ja insenerid nii energiatihedust kui ka spetsiifilist energiat autode kujundamisel ja materjalide füüsikaliste omaduste testimisel. Selle tihedalt pakitud energia põlemise põhjal saate määrata, kui palju energiat kütus eraldab. Seda mõõdetakse energiasisalduse kaudu.

Energiakogus massi- või mahuühiku kohta, mille kütus põlemisel annab, on kütuse energiasisaldus. Kui tihedamalt pakitud kütustel on mahu poolest suurem energiasisaldus, siis väiksema tihedusega kütustel on massiühiku kohta tavaliselt rohkem energiasisaldust.

Energiasisaldust tuleb mõõta konkreetse gaasimahu korral teatud temperatuuril ja rõhul. Ameerika Ühendriikides teatavad insenerid ja teadlased Suurbritannia rahvusvaheliste soojusühikute (BtuIT) energiasisaldusest, Kanadas ja Mehhikos energiasisaldus džaulides (J).

Võite ka kasutadakaloreidenergiasisaldusest teatamiseks. Teaduse ja tehnika energiasisalduse arvutamiseks kasutatakse standardsemaid meetodeid, mis tekitavad soojuse koguse, kui põletate selle materjali ühe grammi džaulides grammi kohta (J / g).

Kasutades seda džauliühikut grammi kohta, saate teada, kui palju soojust eraldatakse, suurendades konkreetse aine temperatuuri, kui teate konkreetset soojusmahtuC_lksellest materjalist. TheC_lkvett on 4,18 J / g ° C. Kuumuse jaoks kasutate võrranditHas

milles∆Ton temperatuuri muutus ja m on aine mass grammides.

Kui mõõdate eksperimentaalselt keemilise materjali alg- ja lõpptemperatuure, saate määrata reaktsioonist eralduva soojuse. Kui kuumutaksite anumana kütusekolbi ja registreeriksite temperatuuri muutused otse anumast väljaspool asuvas ruumis, saate selle võrrandi abil mõõta eralduvat soojust.

Temperatuuride mõõtmisel saab temperatuuriandur temperatuuri pidevalt mõõta. See annab teile laia temperatuurivahemiku, mille jaoks saate kasutada soojusvõrrandit. Samuti peaksite graafikust otsima kohti, mis näitavad alineaarne seostemperatuuri vahel aja jooksul, kuna see näitaks, et temperatuuri eraldatakse püsiva kiirusega. See näitab tõenäoliselt lineaarset suhet temperatuuri ja soojuse vahel, mida soojusvõrrand kasutab.

Seejärel, kui mõõdate, kui palju kütuse mass on muutunud, saate kindlaks teha, kuidas kütuse jaoks selles massikoguses energiat salvestati. Teise võimalusena võiksite mõõta, kui suur on see ruumide erinevus vastavate energiatiheduse ühikute puhul.

See meetod, mida nimetataksepomm kalorimeetermeetod, annab teile eksperimentaalse meetodi energiatiheduse valemi kasutamiseks selle tiheduse arvutamiseks. Täpsemad meetodid võivad arvesse võtta anuma enda seintele kaotatud soojust või soojuse juhtimist läbi mahuti materjali.

Energiasisaldust saate väljendada ka suurema kütteväärtuse variatsioonina (HHV). See on kütuse massi või mahu järgi toatemperatuuril (25 ° C) pärast põlemist eralduv soojushulk ja tooted on toatemperatuurini naasnud. See meetod arvestab varjatud soojust, entalpia soojust, mis tekib siis, kui materjali jahtumisel tekib tahkumine ja tahkefaaside muundumine.

Selle meetodi abil annab energiasisalduse suurem kütteväärtus baasmahu tingimustes (HHV_b). Tava- või baastingimustes energia voolukiirusq_Hbon võrdne mahulise voolukiiruse korrutisegaq_vbja võrrandi kõrgem kütteväärtus baasmahu tingimustes

Katsemeetodite abil on teadlased ja insenerid uurinudHHV_berinevate kütuste jaoks, et määrata kindlaks, kuidas seda saab määrata muude kütusesäästlikkusega seotud muutujate funktsioonina. Tingimusteks on määratud 10 ° C (273,15 K või 32 oF) ja 105 paskaali (1 bar).

Need empiirilised tulemused on seda näidanudHHV_bsõltub rõhust ja temperatuurist baastingimustes, samuti kütuse või gaasi koostisest. Seevastu madalam kütteväärtusLHVon sama mõõtmine, kuid selles punktis, kus lõplike põlemisproduktide vesi jääb auru või auruna.

Muud uuringud on näidanud, et saate arvutadaHHVkütuse enda koostisest. See peaks sulle andma

igaühegaXsüsiniku (C), vesiniku (H), väävli (S), lämmastiku (N), hapniku (O) ja ülejäänud tuhasisalduse osakaaluna. Lämmastik ja hapnik avaldavad kahjulikku mõjuHHVkuna need ei aita kaasa soojuse eraldumisele nagu teised elemendid ja molekulid.

Biodiislikütused pakuvad keskkonnasõbralikku meetodit kütuse tootmiseks alternatiivina teistele kahjulikumatele kütustele. Need on loodud looduslikest õlidest, sojaoaekstraktidest ja vetikatest. See taastuv kütuseallikas põhjustab vähem keskkonnareostust ja neid segatakse tavaliselt naftakütustega (bensiini- ja diislikütused). See muudab nad ideaalseks kandidaadiks, et uurida, kui palju kütust energiat kasutatakse, kasutades selliseid energiahulki kui energiasisaldust.

Kahjuks on energiasisalduse seisukohast biodiislikütustel palju hapniku koguseid, nii et nende massiväärtus on madalam (MJ / kg ühikutes). Biodiislikütustel on umbes 10 protsenti madalam energiasisaldus. Näiteks B100 energiasisaldus on 119 550 Btu / gal.

Teine viis mõõta, kui palju kütust kasutab, on energiabilanss, mis biodiisli puhul on 4,56. See tähendab, et biodiislikütused toodavad 4,56 ühikut energiat iga kasutatud fossiilse energiaühiku kohta. Teised kütused pakivad rohkem energiat, näiteks diislikütuse ja biomassikütuse segu B20. See kütus sisaldab umbes 99 protsenti ühe galloni diislikütuse energiast või 109 protsenti ühe galloni bensiini energiast.

Biomassi poolt eraldatava soojuse efektiivsuse määramiseks on olemas alternatiivsed meetodid. Biomassi uurivad teadlased ja insenerid kasutavad pomm kalorimeetri meetodit põlemisel eralduva soojuse mõõtmiseks, mis kandub anumat ümbritsevasse õhku või vette. Selle põhjal saate määrataHHVbiomassi jaoks.