Az energia sűrűség kiszámítása

Tartalom

• Energia sűrűségképlet
• Energia sűrűség mértékegységek
• Az energiatartalom kiszámítása
• Bomba kaloriméter
• Magasabb fűtőértékű energiatartalom
• A biodízel energia sűrűsége

Mi teszi a benzin és más üzemanyagok olyan erőteljesnek? Az olyan kémiai keverékek, mint például az üzemanyagok, amelyeket a motoros járművek képesek, az általuk okozott reakciókból származnak.

Ezt az energiasűrűséget egyszerű képletekkel és egyenletekkel mérheti, amelyek szabályozzák ezeket a kémiai és fizikai tulajdonságokat az üzemanyagok üzembe helyezésekor. Az energiasűrűség-egyenlet lehetővé teszi ezen erőteljes energia mérését magában az üzemanyagban.

Energia sűrűségképlet

Képlete: energia sűrűség jelentése E_d = E / V az energia sűrűségére E_d, energia E és a térfogat V. Megmérheti a fajlagos energia E_s mint E / M tömeg helyett térfogat. A fajlagos energia szorosabban korrelál a rendelkezésre álló energiával, amelyet az üzemanyagok használnak autók üzemeltetésekor, mint az energia sűrűsége. A referencia táblázatok azt mutatják, hogy a benzin, a kerozin és a dízelüzemanyagok sokkal nagyobb energiasűrűséggel bírnak, mint a szén, a metanol és a fa.

Függetlenül attól, hogy a vegyészek, a fizikusok és a mérnökök mind az energia sűrűségét, mind a fajlagos energiát felhasználják, amikor autókat terveznek és az anyagok fizikai tulajdonságait vizsgálják. Ennek a sűrűn csomagolt energianak az égése alapján meghatározhatja, hogy mennyi energiát bocsát ki az üzemanyag. Ezt az energiatartalommal mérik.

Az a tömeg- vagy térfogat-egységnyi energiamennyiség, amelyet az üzemanyag égéskor ad ki, az üzemanyag energiatartalma. Míg a sűrűbben csomagolt üzemanyagok magasabb energiatartalommal bírnak térfogatukban, az alacsonyabb sűrűségű üzemanyagok általában több energiatartalmat eredményeznek tömegegységenként.

Energia sűrűség mértékegységek

Az energiatartalmat meg kell mérni egy adott gázmennyiségnél, egy meghatározott hőmérsékleten és nyomáson. Az Egyesült Államokban a mérnökök és tudósok az energiatartalomról számolnak be a nemzetközi brit hőegységekben (BtuIT), Kanadában és Mexikóban az energiatartalmat džaulokban (J) adják meg.

Használhatja kalória az energiatartalom jelentése. Az energiatartalom kiszámításának szokásosabb módszerei a tudományban és a mérnöki munkában az előállított hőmennyiséget használják, amikor az anyag egyetlen grammját džaulban / grammban (J / g) égetik.

Az energiatartalom kiszámítása

Ebből a džaula / gramm egységből kiszámolhatja, hogy mennyi hő bocsát ki egy adott anyag hőmérsékletének növelésével, ha ismeri a fajlagos hőkapacitást C_p az anyagból. A C_p vízmennyisége 4,18 J / g ° C. A hő egyenletét használja H mint H = xT x m x C_p amiben AT a hőmérséklet változása, m pedig az anyag tömege grammban.

Ha egy vegyi anyag kezdeti és végső hőmérsékletét kísérletileg megmérjük, meghatározhatjuk a reakció által kibocsátott hőt. Ha egy palackot fűtött egy üzemanyagtartályba, és feljegyzi a hőmérséklet változását a közvetlenül a tartályon kívüli térben, akkor az egyenlettel mérheti a kibocsátott hőt.

Bomba kaloriméter

A hőmérsékletek mérésekor a hőmérséklet-szonda idővel folyamatosan képes mérni a hőmérsékletet. Ez széles hőmérsékleti tartományt biztosít, amelyre felhasználható a hőegyenlet. A grafikonon olyan helyeket is meg kell keresnie, amelyek a lineáris kapcsolat a hőmérsékletet az idő múlásával, mivel ez azt mutatja, hogy a hőmérsékletet állandó sebességgel adják le. Ez valószínűleg azt jelzi, hogy a hőegyenlet milyen lineáris kapcsolatot mutat a hőmérséklet és a hő között.

Ezután, ha megméri, hogy az üzemanyag tömege mennyiben változott, meghatározhatja, hogy az adott üzemanyag tömegében mennyit tároltak energiát. Alternatív megoldásként megmérheti, mennyi térfogat-különbség van a megfelelő energia sűrűségű egységeknél.

Ez a módszer, az úgynevezett bomba kaloriméter módszerrel kísérleti módszert kap az energia sűrűség-képlet alkalmazásához ezen sűrűség kiszámításához. A finomabb módszerek figyelembe vehetik a hőt, amelyet maga a tartály falai veszítenek, vagy a hő vezetését a tartály anyagán.

Magasabb fűtőértékű energiatartalom

Az energiatartalmat a magasabb fűtési érték (HHV). Ez a szobahőmérsékleten (25 ° C) az üzemanyag tömege vagy térfogata által kibocsátott hőmennyiség, miután égés után a termékek szobahőmérsékletre visszatértek. Ez a módszer veszi figyelembe a látens hőt, az entalpia hőt, amely akkor fordul elő, ha egy anyag hűtése során megszilárdulnak és a szilárdtest fázisban átalakulnak.

Ezzel a módszerrel az energiatartalmat a magasabb fűtőérték adja az alaptérfogat körülményei között (HHV_b). Normál vagy alapállapotban az energiaáramlási sebesség q_félpanzió egyenlő a térfogatáram szorzatával q_vb és a magasabb fűtőérték az alaptérfogat körülményei között az egyenletben q_félpanzió = q_vb x HHV_b.

Kísérleti módszerekkel a tudósok és a mérnökök megvizsgálták a HHV_b különféle tüzelőanyagok esetében annak meghatározására, hogyan lehet meghatározni az üzemanyag-hatékonysággal kapcsolatos egyéb változók függvényében. A szokásos körülményeket 10 ° C (273,15 K vagy 32 ° F) és 105 paszkal (1 bar) értéken határozzuk meg.

Ezek az empirikus eredmények azt mutatták HHV_b az alapfeltételek nyomásától és hőmérséklettől, valamint az üzemanyag vagy a gáz összetételétől függ. Ezzel szemben az alacsonyabb fűtési érték LHV ugyanaz a mérés, de azon a ponton, ahol a végső égéstermékekben a víz gőz vagy gőz marad.

Más kutatások kimutatták, hogy kiszámolhatja HHV maga az üzemanyag összetétele alapján. Ez adhat neked HHV = .35X_C + 1,18X_H + 0,10X_S + - 0,02X_N - 0,10X_O - 0,02X_hamu mindegyikkel x a szén (C), a hidrogén (H), a kén (S), a nitrogén (N), az oxigén (O) és a fennmaradó hamutartalom frakcionált tömegeként. A nitrogén és az oxigén káros hatással van a HHV mivel nem járulnak hozzá a hőkibocsátáshoz, mint más elemek és molekulák.

A biodízel energia sűrűsége

A biodízel-üzemanyagok környezetbarát módszert kínálnak az üzemanyag előállítására, alternatívájaként más, károsabb üzemanyagoknak. Természetes olajokból, szójabab-kivonatokból és algákból készültek. Ez a megújuló tüzelőanyag-forrás kevesebb környezetszennyezést eredményez, és általában keverik őket kőolaj-üzemanyagokkal (benzin és dízelüzemanyagok). Ez ideális jelöltekké teszi azoknak a tanulmányozásához, hogy mennyi energiát fogyaszt az üzemanyag olyan mennyiségek felhasználásával, mint az energia sűrűsége és az energiatartalom.

Sajnos az energiatartalom szempontjából a biodízel-tüzelőanyagok nagy mennyiségű oxigént tartalmaznak, így tömegüknél alacsonyabb energiaértékeket eredményeznek (MJ / kg mértékegységben). A biodízel-üzemanyagok tömeg-energiatartalma kb. 10% -kal alacsonyabb. Például a B100 energiatartalma 119,550 Btu / gal.

Az üzemanyag által felhasznált energia mérésének másik módja az energiamérleg, amely a biodízel esetében 4,56. Ez azt jelenti, hogy a biodízel-üzemanyagok 4,56 egység energiát termelnek minden felhasznált fosszilis energia egységnél. Más üzemanyagok több energiát töltenek be, például a B20, a dízel keveréke a biomassza üzemanyaghoz. Ennek az üzemanyagnak kb. 99 százaléka van egy gallon gázolajnak, vagy pedig 109 százaléka egy gallon benzinnek.

Alternatív módszerek léteznek a biomassza által kibocsátott hő hatékonyságának meghatározására általában. A biomasszát vizsgáló tudósok és mérnökök a bomba kaloriméter módszerét használják az égésből származó hő mérésére, amelyet az edényt körülvevő levegőbe vagy vízbe továbbítanak. Ebből meghatározhatja a HHV a biomassza számára.