Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

Опыт состоит из двух периодов: подготовительного и основного. В подготовительный период устанавливают температуру горячей воды такой, чтобы поправка на ра­ диацию (теплообмен между прибором и окружающим воз­ духом) была близка к нулю, а это будет, если комнатная температура равна среднеарифметической между темпера­ турами холодной и горячей воды, т. е.

Определив температуру воздуха и холодной воды, под­ считывают желаемую температуру горячей воды, а затем разжигают примус, подвешивают его па весы и с помощью крана 3 устанавливают желаемую температуру.

Установив температуру (+1)0—1,5°) и убедившись, что начал капать конденсат, приступают к основному опы­ ту. С помощью разновесов уравновешивают примус и в тот момент, когда стрелка находится на нулевом делении, начинают опыт. Поворачивают трубку 8 и собирают воду, через минуту отмечают температуру холодной, горячей воды и отходящих газов. В цилиндр 11 собирают конден­ сат. Обычно сжигают 10 г топлива. Измерив количество воды, конденсата и подсчитав средние значения темпера­ тур, определяют теплоту сгорания. Для этого сначала под­ считывают поправку на отклонение температуры отходя­ щих газов от температуры воздуха:

где £от.газ — средняя температура отходящих газов, град; £В03 — температура окружающего воздуха, град.

Тогда теплота сгорания (ккал/кг) будет равна:

48

Общий вид калориметрической установки показан на рисунке 15. Заправленную кислородом бомбу осторожно опускают в ведро с водой, находящееся внутри калоримет­ ра 1. Затем в воду опускают мешалку 6, к электродам при­ соединяют провода, закрывают калориметр крышками и устанавливают термометр 4. Термометр специальный, с помощью которого измеряется относительное повышение температуры воды за период опыта. Вся шкала разбита на 5° с ценой деления 0,01°; с помощью лупы 3 отсчет темпе­ ратуры ведут до 0,001°.

Собрав прибор, включают моторчик мешалки, в тече­ ние пяти минут перемешивают воду, устанавливая реоста­ том скорость подъема мешалки 40—45 в минуту. После подготовительных работ приступают к проведению опыта, который делится на три периода: начальный, главный и конечный. Начальный и конечный периоды служат для определения поправки на радиацию (теплообмен между водой и окружающей средой), а в главном происходит сжигание топлива.

В начальный период через каждую минуту (5 раз) за­ писывают температуру с точностью до 0,001° (с помощью короткофокусной лупы 3, перемещаемой по штати­ ву 2).

С пятым отсчетом сжигают запальную проволочку, для этого на щите 8 включают кнопку. От искры загорается топливо, а тепло через стенки бомбы передается воде. Часть тепла расходуется на нагревание бомбы, оно учи­ тывается водяным (тепловым) эквивалентом В (определяет­ ся заранее). Отсчеты температур ведут через 0,5 мин. Вначале (2—3 отсчета) происходит быстрый подъем темпе­ ратуры (отсчет ведут без лупы), затем он замедляется, и температуру отсчитывают с помощью лупы. Главный пе­ риод продолжают до тех пор, пока 2—3 отсчета не будут одинаковыми, или до первого падения температуры. Затем записывают пять значений температур через 1 мин (ко­ нечный период) и опыт заканчивают.

Проделав опыт, выключают мешалку, снимают термо­ метр, отсоединяют провода. Ведро, бомбу, мешалку и другие металлические части калориметра тщательно выти­ рают. На электроде 2 открывают вентиль, выпускают про­ дукты сгорания топлива и избыточный кислород. Отвин­ чивают кольцо и снимают крышку бомбы. Если опыт про­ веден правильно, то топливо сгорает полностью, в тигле нет налетов. Внутренняя сторона крышки бомбы после

51

b — масса железной проволочки, г;

а— масса сожженого топлива, г.

Вформуле не учитываются потери тепла на образова­ ние кислот. Если известно содержание водорода и влаги в топливе, то Qm3, кал/г, или ккал/кг, подсчитывают по

формуле:

Полученные величины (<?выс, <?низ) пересчитывают на кДж/кг.

§ 5. Определение количества воздуха, необходимого для горения

Горение — быстро протекающая реакция, которая со­ провождается выделением тепла и излучением света; наи­ более часто это окислительный процесс соединения топли­ ва с кислородом воздуха. Для возникновения реакции горения нужно, чтобы топливо и кислород (или воздух) были нагреты до температуры самовоспламенения топли­ ва, которая зависит от его химического состава и физиче­ ских свойств, концентрации кислорода, способов смесе­ образования, температуры окружающей среды и многого другого.

Процесс горения очень сложен и, несмотря на широкое распространение, еще недостаточно изучен. Большую роль в организации процесса горения играет количество пода­ ваемого воздуха. Если воздуха подается меньше, чем тре­ буется по расчету для данного состава топлива, то будут образовываться продукты неполного горения, снижаться температура и скорость горения, образовываться копоть и сажа, заметно уменьшаться количество тепла. Значитель­ ное увеличение количества подаваемого воздуха также не­ выгодно: основную массу воздуха по объему (79%) зани­ мает азот, оставшиеся свободными кислород и большое количество инертного азота забирают часть тепла, выде­ ляемого топливом (иногда значительную), что также сни­ жает скорость и температуру горения, вызывает перерас­ ход топлива. Организовывать процесс горения нужно так, чтобы обеспечить полное горение с возможно меньшим избытком воздуха.

53

Расчетное, теоретически необходимое количество воз­ духа для сгорания зависит от состава топлива. Чем больше в топливе горючих элементов, и особенно водорода, тем больше требуется воздуха для сжигания единицы массы топлива. Для вывода формулы примем, что имеем 1 кг сухого топлива, состоящего из С г углерода, Н г водорода, S г серы, N г азота, О г кислорода и А г золы. Горючими элементами, требующими для своего сгорания кислород, являются С, II и S. Напишем реакции горения и из соотно­ шения атомных масс определим количество кислорода, необходимого для полного сгорания того или иного эле­ мента :

иначе, для сгорания 12 частей углерода требуется 32 части

32

кислорода, а на одну часть ^ = 2,67 части кислорода.

Аналогично для полного сгорания одной части водорода требуется 8 частей кислорода, а для одной части серы — одна часть кислорода.

Кислород, содержащийся в топливе, при сгорании вступит в реакцию в первую очередь, поэтому извне кис­ лорода потребуется меньше. Общее количество кислорода,

Отеор = 2,670+ 8H + S—О.

Если состав топлива взят в процентах, то найденное выражение примет вид, кг/кг:

n + 6 7 C + 8 H + S—О

Обычно при сгорании используют не чистый кислород, а воздух. В воздухе по весу содержится 23,2 части кисло­ рода, остальное азот. Тогда количество воздуха (Атеор), кг, теоретически необходимого для сжигания 1 кг топлива, будет равно:

По формуле (19) можно подсчитать расчетное количе­ ство воздуха в кг, необходимого для полного сгорания

54