Удельная теплота сгорания керосина
Основные теплофизические характеристики керосина
Керосин — это средний дистиллят процесса нефтепереработки, определяемый как доля сырой нефти, которая кипит при температуре от 145 до 300°C. Керосин может быть получен путём перегонки сырой нефти (прямогонный керосин) или из крекинга более тяжёлых нефтяных потоков (крекинг-керосин).
Сырой керосин обладает свойствами, которые делают этот нефтепродукт пригодным для смешивания с различными эксплуатационными добавками, определяющими его использование в различных коммерческих целях, в том числе в транспортном топливе. Керосин представляет собой сложную смесь соединений с разветвлённой и прямой цепью, которые обычно можно разделить на три класса: парафины (55,2% по массе), нафтены (40,9%) и ароматические соединения (3,9%).
Для эффективности применения все марки керосина должны обладать максимально возможной удельной теплотой сгорания и удельной теплоёмкостью, а также характеризоваться достаточно широким диапазоном температур воспламенения. Для различных групп керосинов эти показатели составляют:
Удельная теплота сгорания, кДж/кг — 43000±1000.Температура самовоспламенения, 0С, не ниже – 215.Удельная теплоёмкость керосина при комнатной температуре, Дж/кг·К – 2000…2020.Точно установить большинство теплофизических показателей керосина невозможно, поскольку сам продукт не имеет постоянного химического состава и определяется характеристиками исходной нефти. Кроме того, плотность и вязкость керосина зависит от внешних температур. Известно только, что по мере приближения температуры к зоне устойчивого горения нефтепродукта, удельная теплоёмкость керосина существенно повышается: при 2000С она составляет уже 2900 Дж/кг·К, а при 2700С — 3260 Дж/кг·К. Соответственно снижается кинематическая вязкость. Совокупность этих параметров определяет хорошее и устойчивое воспламенение керосина.
Последовательность определения удельной теплоты сгорания
Показатель удельной теплоты сгорания керосина устанавливает условия его воспламенения в различных устройствах – от двигателей до аппаратов керосиновой резки. В первом случае оптимальное сочетание теплофизических параметров следует определять более тщательно. Для каждой из комбинаций топлива обычно устанавливается несколько графиков. Эти графики могут быть использованы для оценки:
- Оптимального соотношения смеси продуктов сгорания.Адиабатической температуры пламени реакции сгорания.Средней молекулярной массы продуктов сгорания.Удельной теплоты соотношение продуктов сгорания.
Эти данные необходимы для определения скорости выхлопных газов, выбрасываемых из двигателя, что в свою очередь определяет тягу двигателя.
Оптимальное соотношение топливной смеси даёт самый высокий удельный импульс энергии и является функцией давления, при котором будет работать двигатель. Двигатель с высоким давлением в камере сгорания и низким давлением на выходе будет иметь самое высокое оптимальное соотношение смеси. В свою очередь, от оптимального соотношения смеси зависит давление в камере сгорания и энергоёмкость керосинового топлива.
В большинстве конструкций двигателей, использующих керосин в качестве топлива, большое внимание уделяется условиям адиабатического сжатия, когда давление и объём, занимаемый горючей смесью, находятся в постоянной взаимосвязи – это влияет на долговечность элементов двигателя. При этом внешний теплообмен, как известно, отсутствует, что определяет максимальный КПД.
Удельная теплоёмкость керосина — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия. Коэффициент удельной теплоёмкости — это отношение удельной теплоёмкости при постоянном давлении к удельной теплоёмкости при постоянном объёме. Оптимальное соотношение устанавливают при заранее заданном давлении топлива в камере сгорания.
Точные показатели теплоты при сгорании керосина обычно не устанавливают, так как этот нефтепродукт представляет собой смесь четырёх углеводородов: додекана (C12H26), тридекана (C13H28), тетрадекана (C14H30) и пентадекана (C15H32). Даже в пределах одной партии исходной нефти процентное соотношение перечисленных компонентов не является постоянным. Поэтому теплофизические характеристики керосина всегда подсчитывают с известными упрощениями и допущениями.