Toplinska svojstva drva. Proučavanje termofizičkih svojstava treseta
Ne specifičan, ali ukupni toplinski kapacitet, u općeprihvaćenom fizičkom smislu, sposobnost je tvari da se zagrije. Barem nam tako kaže svaki udžbenik toplinske fizike - jest klasična definicija toplinski kapacitet (ispravna formulacija). Zapravo, ovo je zanimljiva fizička značajka. Malo nam poznata u svakodnevnom životu "strana medalje". Ispada da kada se toplina dovodi izvana (grijanje, zagrijavanje), ne reagiraju sve tvari jednako na toplinu ( Termalna energija) i drugačije se zagrijavaju. Sposobnost PEAT-a da prima, prihvaća, zadržava i akumulira (akumulira) toplinsku energiju naziva se toplinski kapacitet PEAT-a. A sam toplinski kapacitet tresetišta fizikalna je karakteristika koja opisuje termofizička svojstva goriva od treseta. Istovremeno, u različitim primijenjenim aspektima, ovisno o konkretnom praktičnom slučaju, jedna stvar može se pokazati važnom za nas. Na primjer: sposobnost tvari da primi toplinu ili sposobnost akumulacije toplinske energije ili "talent" da je zadrži. No, unatoč nekim razlikama, u fizičkom smislu, svojstva koja su nam potrebna opisat ćemo toplinskim kapacitetom tresetišta.
Mala, ali vrlo "gadna smetnja" temeljne prirode leži u činjenici da je sposobnost zagrijavanja - toplinski kapacitet tresetišta, izravno povezan ne samo s kemijski sastav, molekularnom građom tvari, ali i s njezinom količinom (težina, masa, volumen). Zbog ove "neugodne" veze, ukupni toplinski kapacitet tresetnog goriva postaje previše nezgodna fizička karakteristika tvari. Budući da jedan mjereni parametar istovremeno opisuje "dvije različite stvari". Naime: on doista karakterizira termofizička svojstva PEAT-a, međutim, "usputno" uzima u obzir i njegovu količinu. Formirajući svojevrsnu integralnu karakteristiku, u kojoj su automatski povezani "visoka" toplinska fizika i "banalna" količina materije (u našem slučaju treseta).
Pa, zašto su nam potrebne takve termofizičke karakteristike tresetišta, u kojima se jasno ocrtava "neadekvatna psiha"? Sa stajališta fizike, ukupni toplinski kapacitet goriva od treseta (na najnespretniji način) pokušava ne samo opisati količinu toplinske energije koja se može akumulirati u tresetištu, već nas "usputno informira" o količina PEAT-a. Ispada apsurd, a ne jasna, razumljiva, stabilna, ispravna termofizička karakteristika tresetnog goriva. Umjesto korisne konstante prikladne za praktične termofizičke proračune, dan nam je plutajući parametar, koji je zbroj (integral) količine topline koju prima PEAT i njegove mase ili volumena tresetišta.
Hvala vam, naravno, na takvom "entuzijazmu", međutim, mogu sam izmjeriti količinu tresetnog goriva. Dobivši rezultate u mnogo prikladnijem, "ljudskom" obliku. Ne bih želio "izdvojiti" količinu PEAT-a matematičkim metodama i izračunima pomoću složene formule iz ukupnog toplinskog kapaciteta PEAT-a, već saznati težinu (masu) u gramima (g, g), kilogramima (kg) , tone (t), kubici (kubični metri, kubični metri, m3), litre (l) ili mililitre (ml). Pogotovo otkad pametni ljudi davno došao do mjernih instrumenata sasvim prikladnih za te svrhe. Na primjer: vage ili drugi uređaji.
Osobito je "neugodna plutajuća priroda" parametra: ukupni toplinski kapacitet tresetišta. Njegovo nestabilno, promjenjivo "raspoloženje". Kada promijenite "veličinu porcije ili dozu", toplinski kapacitet PEAT-a se odmah mijenja. više količine tresetište, fizikalna veličina, apsolutna vrijednost toplinskog kapaciteta TRESETA – raste. Količina tresetnog goriva je manja, toplinski kapacitet tresetišta se smanjuje. "Sramota" neke ispada! Drugim riječima, ono što "imamo" nikako se ne može smatrati konstantom koja opisuje termofizičke karakteristike PEAT-a. A poželjno je da "imamo" jasan, stalan referentni parametar koji karakterizira toplinska svojstva tresetnog goriva, bez "referenci" na količinu (težinu, masu treseta, volumen). Što učiniti?
Ovdje nam u pomoć dolazi vrlo jednostavna, ali "vrlo znanstvena" metoda. Svodi se ne samo na ovršenika "ud. - specifičan", prije fizička količina, već na elegantno rješenje koje uključuje isključivanje količine materije iz razmatranja. Naravno, "neugodni, suvišni" parametri: masa tresetišta ili volumen PEAT-a ne mogu se uopće isključiti. Barem iz razloga što ako nema količine goriva od treseta, onda neće biti ni samog "predmeta rasprave". A tvar bi trebala biti. Stoga odabiremo neki konvencionalni standard za masu ili volumen tresetišta, koji se može smatrati jedinicom. Za težinu PEAT-a, takva jedinica mase tresetnog goriva, pogodna za praktičnu upotrebu, pokazala se kao 1 kilogram (kg).
E sad, jedan kilogram TRESETA zagrijavamo za 1 stupanj, a količina topline (toplinske energije) koja nam je potrebna da zagrijemo tresetno gorivo za jedan stupanj je naš točan fizikalni parametar, koji dobro, potpuno i jasno opisuje jedno od termofizičkih svojstava TRESET. Imajte na umu da se sada bavimo opisom karakteristika fizičko vlasništvo tvari tresetišta, ali ne pokušavajući nas "dodatno informirati" o njegovoj količini. Udobno? Nema riječi. To je sasvim druga stvar. Usput, sada ne govorimo o ukupnom toplinskom kapacitetu tresetnog goriva. Sve se promijenilo. TO JE SPECIFIČNI TOPLINSKI KAPACITET TRESETA, koji se ponekad i drugačije naziva. Kako? Samo MASENI TOPLINSKI KAPACITET TRESETA. Specifični (otkucaji) i masa (m) - u ovom slučaju: sinonimi.
Stol 1. Određena toplina PEAT (ud.). Maseni toplinski kapacitet tresetišta. Referentni podaci za tresetno gorivo.
Treset je geološki najmlađi predstavnik klase humita, iako se samo uvjetno može svrstati u čvrsta fosilna goriva. Neznatna kondenzacija aromatskih jezgri, široko razgranati periferni lanci, uključujući složene funkcionalne skupine, razlog su vrlo visokog toplinskog kapaciteta treseta u usporedbi s toplinskim kapacitetom drugih humita.
Proučavanje termofizičkih svojstava treseta još nije dobilo odgovarajući razvoj. Poznato je samo da za apsolutno suhi treset na sobnoj temperaturi iznosi 0,47-0,48 kcal/(kg-°C) i slabo ovisi o vrsti treseta (barski, prijelazni, nizinski) i o stupnju razgradnje.
Karakteristična značajka treseta je njihova izuzetno visoka vlažnost. S povećanjem vlažnosti, toplinski kapacitet treseta se povećava. Budući da je utvrđeno da je glavnina vode u tresetu (više od 90%) u nevezanom ili slabo vezanom obliku, pa je njezin toplinski kapacitet blizu 1 kcal/(kg - °C), utoliko što je specifična toplinski kapacitet mokrog treseta može se izračunati formulom
Cy=0,475^1----- + kcal/(kg-°C), (V.1)
Gdje je Wp ukupni sadržaj vlage u tresetu, % ukupne mase.
Termografska studija treseta otkriva prisutnost značajnog endotermnog učinka, čiji se maksimum javlja na temperaturi od 170-190 ° C. Na temperaturama iznad 250 ° C dolazi do termokemijskih transformacija treseta uz oslobađanje topline, najuočljivije u rasponima od 270-380 ° C i 540-580 ° C. Slična slika - jedan endotermni maksimum i dva ili više egzotermnih minimuma - također se opaža u procesu pirolize drva (vidi Poglavlje XIII), što je u potpunosti objašnjeno genetskim blizina objekata.
V. SMEĐI UGLJEN
Unatoč činjenici da su mrki ugljeni vrijedna energetska i tehnološka sirovina, njihova termofizička svojstva sve do nedavno nisu bila sustavno proučavana.
Zbog relativno niske pretvorbe molekularne strukture, posebno slabo razvijene kondenzirane jezgre i visokog sadržaja teških heteroatoma u perifernim skupinama, toplinski kapacitet smeđeg ugljena puno je veći od toplinskog kapaciteta čak i slabo metamorfiziranih ugljena ( vidi tablicu III.1).
Prema podacima E. Rammlera i R. Schmidta, na temelju rezultata istraživanja jedanaest smeđih ugljena, prosječna specifična toplina smeđeg ugljena u smislu suhe mase bez pepela u rasponu je od 20 ° C-T (T ^ 200 °C) može se izračunati iz formule
Cy = 0,219+28,32-10~4(7°+5,93-104G, kcal/(kg-°C), (VI.1)
Tde d° - prinos smole, % na suhu organsku tvar; T - temperatura, °C.
Analiza učinka mineralnih inkluzija i slobodne vlage na toplinski kapacitet smeđeg ugljena omogućila je autorima da izvedu generaliziranu ovisnost koja vrijedi na temperaturama do 200 ° C:
|
|
Gdje je Ts7r - radna vlaga; Ac - sadržaj pepela u ugljenu,%.
Budući da su E. Rammler i R. Schmidt koristili metodu miješanja za određivanje toplinskog kapaciteta, koji, kao što je gore navedeno, zahtijeva značajno vrijeme za stabilizaciju temperature sustava, naravno, njihovi se rezultati donekle razlikuju od podataka dobivenih tijekom dinamičkog zagrijavanja.
Tako, na primjer, iz formule (VI.!) Slijedi da u rasponu od 20-200 ° C prosječni toplinski kapacitet raste linearno s porastom temperature. Ovaj zaključak je u suprotnosti s rezultatima koje su dobili A. A. Agroskin i dr. pri određivanju toplinskog kapaciteta skupine domaćih smeđih ugljena iz različitih ležišta. Određivanja su provedena prema metodi dijatermalne ljuske sa suhim uzorcima prethodno samljevenim na veličinu čestica manju od 0,25 mm u kontinuiranoj struji pročišćenog dušika pri brzini zagrijavanja od 10°C/min. Rezultati su povezani s trenutnom masom uzorka -
Karakteristike ispitivanih uzoraka dane su u tablici.
VI. 1, a na sl. 26 prikazana je ovisnost efektivnog toplinskog kapaciteta o temperaturi.
Sve krivulje u temperaturnom rasponu od 20 do 1000 °C imaju sličan karakter i samo se malo razlikuju - 96
O 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Temperatura, ° S
Riža. 26. Temperaturna ovisnost efektivnog toplinskog kapaciteta smeđeg ugljena nekih ležišta:
1-4 - naslage, odnosno Irsha-Borodnskoye, Berezovskoye, Gusnnoozer-
Skoje, Jovo-Dmitrovskoe
Međusobno su odvojeni prema apsolutnim vrijednostima toplinskog kapaciteta. Maksimumi i minimumi uočeni na krivuljama odgovaraju istim temperaturama. Na 20 ° C, efektivni toplinski kapacitet, koji se podudara sa stvarnim, varira za različite ugljene unutar 0,27-0,28 kcal / (kg - ° C), što je u dobrom skladu s rezultatima dobivenim formulama (VI. 1) i (VI .2).
Tablica VI.!
Linearna varijacija efektivnog toplinskog kapaciteta (vidi sliku 26) odvija se samo u rasponu od 20-120 ° C. S porastom temperature uočava se oštriji porast toplinskog kapaciteta, koji doseže maksimum na 200 ° C jednak 0,47 -■
0,49 kcal/(kg-°C). Ovaj prvi endotermni maksimum posljedica je uklanjanja vezane vlage i početka reakcija pirolize organske mase koje se nastavljaju s apsorpcijom topline. Drugi endotermni maksimum od 0,42-0,49 kcal/(kg-°C) odvija se na temperaturi od oko 550°C, što ukazuje na prevladavanje endotermnih reakcija destrukcije organske mase i razgradnje dijela mineralnih nečistoća. . Karakteristično je da najveći po apsolutnoj vrijednosti endotermni - 7 Zach. 179 97 Ovi vrhovi su karakteristični za ugljen iz ležišta Novo-Dmitrovskoe, koji se od ostalih ugljena razlikuje po visokom prinosu hlapljivih tvari.
Daljnje zagrijavanje do 1000°C dovodi do postupnog smanjenja toplinskog kapaciteta na 0,07-0,23 kcal/(kg-°C) zbog pojave egzotermnih reakcija stvaranja strukture koksa.
Usporedba krivulja promjene efektivnog toplinskog kapaciteta (vidi sliku 26) s podacima termografskog istraživanja smeđeg ugljena također otkriva neka odstupanja. Najznačajniji od njih je prisutnost na termogramima trećeg endotermnog nicka na temperaturi od 700-715 ° C. endotermni učinak, budući da Sef u ovom intervalu ostaje niži od pravog toplinskog kapaciteta. Razlog za takve fluktuacije u efektivnom toplinskom kapacitetu, promatrano, usput, čak i na više visoke temperature leži u složenoj prirodi stvaranja strukture koksa.
Pravi (ravnotežni) toplinski kapacitet svih ispitivanih ugljena monotono raste s porastom temperature (tablica VI.2). Niže vrijednosti stvarnog toplinskog kapaciteta smeđeg ugljena ležišta Novo-Dmitrovsky u usporedbi s toplinskim kapacitetom drugih ugljena objašnjavaju se visokim sadržajem pepela.
Ukupni toplinski učinak [tab. (VI.3)] reakcija pirolize u skladu s formulama (1.13) i (1.14) određena je razlikom između područja ograničenih efektivnim i
Tablica VI.2
|
Pravi toplinski kapacitet mrkog ugljena
Bilješka. Brojnik je kJ / "kg K, nazivnik je kcal / (kg ■ ° C). Tablica U1.3 Ukupni toplinski učinak reakcija pirolize smeđeg ugljena u rasponu od 20-1000 °C prn brzina zagrijavanja 10 °C/min |
Toplinski učinak pirolize
Polje
pravi toplinski kapacitet. U ovom slučaju, područje koje se nalazi ispod prave krivulje toplinskog kapaciteta karakterizira egzotermnost, a područje iznad ove krivulje karakterizira endotermnost reakcija pirolize.
S povećanjem pretvorbe smeđeg ugljena, toplinski kapacitet potonjeg se smanjuje (slika 27).
VII. UGLJEN I ANTRACITI
Ovi ugljeni su po fizičkim i tehnološkim svojstvima izuzetno širok raspon čvrstih fosilnih goriva, karakteriziran različitim, ali relativno visokim stupnjem pretvorbe izvornog materijala.
Toplinski kapacitet ugljena ovisi o stupnju metamorfizma (vidi poglavlje II1.1), uvjetima nastanka, sadržaju pepela, vlažnosti i nizu drugih čimbenika, čiji će utjecaj biti razmatran u sljedećem poglavlju.
Ovaj odjeljak pruža referentne podatke o stvarnom i efektivnom toplinskom kapacitetu bitumenskih ugljenova iz nekih bazena pri umjerenim temperaturama, kao i tijekom toplinske razgradnje.
U tablici su prikazana termofizička svojstva treseta i proizvoda od treseta ovisno o temperaturi u rasponu od -71 do 20°C. Navedena su sljedeća svojstva treseta: prividna gustoća u kg/m 3 , toplinska vodljivost u W/(m deg) i kcal/(m h deg) i toplinska difuzivnost u jedinicama od 10 8 m 2 /s i 10 4 m 2 / sat.
Svojstva su navedena za drobljeni treset, grudasti, mljeveni, briketirani treset i tresetne ploče. Za gustoću, toplinska vodljivost i toplinska difuznost dani su pri negativnim temperaturama. Gustoća treseta može varirati od 200 do 890 kg / m 3. Briketirani treset ima veliku gustoću, za razliku od laganog grudastog treseta. Gustoća treseta je naznačena pri atmosferskom tlaku.
Toplinska vodljivost treseta varira u rasponu od 0,06 do 0,45 W/(m deg). Toplinski najvodljiviji je briketirani treset i tresetne ploče. Toplinska difuzivnost treseta je u rasponu od 12·10 -8 do 60·10 -8 m 2 /s.
Gustoća i toplinska vodljivost treseta i tresetnih ploča
U tablici su prikazane vrijednosti toplinske vodljivosti treseta i tresetnih ploča različite gustoće ovisno o temperaturi na 0, 50 i 100°C. Gustoća treseta i ploča je od 180 do 190 kg/m 3 . Dimenzija toplinske vodljivosti u brojniku u W / (m deg); u nazivniku - u kcal / (m sat deg). Prema tablici, može se vidjeti da kada se treset i tresetne ploče zagrijavaju, njihova toplinska vodljivost se povećava.
Toplinska vodljivost komadića treseta
Navedene su vrijednosti toplinske vodljivosti suhog treseta različite nasipne gustoće pri temperaturi od 20°C. Gustoća komadića treseta varira od 77 do 250 kg/m 3 . S povećanjem nasipne gustoće mrvice, povećava se i njegova toplinska vodljivost i za najgušću mrvicu može doseći vrijednost od 0,076 W / (m deg).
Ukupni toplinski kapacitet glinovitih stijena. Koliki je koeficijent "C": (sp.) specifični toplinski kapacitet GLINE. Po čemu se razlikuju te vrste termofizičkih svojstava zemljanog materijala, zašto se nije moguće snaći s jednim fizikalnim parametrom koji opisuje toplinska svojstva glinenog tla i zašto je bilo potrebno uvesti koeficijent „množenja cjelina, komplicirajući život normalni ljudi"?Ne specifičan, ali ukupni toplinski kapacitet, u općeprihvaćenom fizičkom smislu, sposobnost je tvari da se zagrije. Barem tako nam govori bilo koji udžbenik toplinske fizike - to je klasična definicija toplinskog kapaciteta (ispravna formulacija). Zapravo, ovo je zanimljiva fizička značajka. Malo nam poznata u svakodnevnom životu "strana medalje". Ispada da kada se toplina dovodi izvana (grijanje, zagrijavanje), ne reagiraju sve tvari jednako na toplinu (toplinska energija) i zagrijavaju se različito. Sposobnost GLINE da prima, prihvaća, zadržava i akumulira (akumulira) toplinsku energiju naziva se toplinski kapacitet GLINE. A sam toplinski kapacitet glinenog materijala fizička je karakteristika koja opisuje termofizička svojstva glinene stijene. Istovremeno, u različitim primijenjenim aspektima, ovisno o konkretnom praktičnom slučaju, jedna stvar može se pokazati važnom za nas. Na primjer: sposobnost tvari da primi toplinu ili sposobnost akumulacije toplinske energije ili "talent" da je zadrži. No, unatoč nekim razlikama, u fizičkom smislu, svojstva koja su nam potrebna bit će opisana toplinskim kapacitetom glinenog materijala.
Mala, ali vrlo "gadna začkoljica" fundamentalne prirode leži u činjenici da je sposobnost zagrijavanja - toplinski kapacitet glinaste sedimentne stijene, izravno povezana ne samo s kemijskim sastavom, molekularnom strukturom tvari, već i s njegovu količinu (težinu, masu, volumen). Zbog takve "neugodne" veze, ukupni toplinski kapacitet glinenog materijala postaje previše nepogodna fizikalna karakteristika tvari. Budući da jedan mjereni parametar istovremeno opisuje "dvije različite stvari". Naime: ona doista karakterizira termofizička svojstva GLINE, međutim, "usputno" uzima u obzir i njezinu količinu. Formirajući svojevrsnu integralnu karakteristiku, u kojoj su automatski povezani "visoka" toplinska fizika i "banalna" količina materije (u našem slučaju: sedimentne stijene).
Pa, zašto su nam potrebne takve termofizičke karakteristike stijene, u kojoj se jasno ocrtava "neadekvatna psiha"? Sa stajališta fizike, ukupni toplinski kapacitet glinenog tla (na najnezgrapniji način) pokušava ne samo opisati količinu toplinske energije koja se može akumulirati u stijeni, već nas i "usputno informirati" o količina GLINE. Ispada apsurd, ali ne i jasna, razumljiva, stabilna, ispravna termofizička karakteristika glinenog materijala. Umjesto korisne konstante prikladne za praktične termofizičke proračune, dan nam je plutajući parametar, koji je zbroj (integral) količine topline koju prima glina i njezine mase ili volumena sedimentne stijene.
Hvala naravno na takvom "entuzijazmu", međutim, količinu GLINE mogu izmjeriti sama. Dobivši rezultate u mnogo prikladnijem, "ljudskom" obliku. Htio bih ne "izdvajati" količinu GLINE matematičkim metodama i izračunima koristeći složenu formulu iz ukupnog toplinskog kapaciteta GLINE, na različitim temperaturama, već saznati težinu (masu) u gramima (g, g), kilogrami (kg), tone (t), kubici (kubični metri, kubični metri, m3), litre (l) ili mililitri (ml). Štoviše, pametni ljudi odavno su smislili mjerne instrumente koji su sasvim prikladni za te svrhe. Na primjer: vage ili drugi uređaji.
Osobito je "neugodna plutajuća priroda" parametra: ukupni toplinski kapacitet sedimentne stijene. Njegovo nestabilno, promjenjivo "raspoloženje". Prilikom promjene "veličine porcije ili doze" odmah se mijenja toplinski kapacitet GLINE na različitim temperaturama. Više gline, fizikalna količina, apsolutna vrijednost toplinskog kapaciteta glinasto tlo- povećava se. Manja količina gline smanjuje vrijednost toplinskog kapaciteta glinenog tla. "Sramota" neke ispada! Drugim riječima, ono što "imamo" ne može se smatrati konstantom koja opisuje termofizičke karakteristike GLINE pri različitim temperaturama. A poželjno je da „imamo“ jasan, konstantan koeficijent, referentni parametar koji karakterizira toplinska svojstva stijene, bez „referenci“ na količinu (težinu, masu, volumen). Što učiniti?
Ovdje nam u pomoć dolazi vrlo jednostavna, ali "vrlo znanstvena" metoda. Ne svodi se samo na ovršitelja "sp. - specifično", ispred fizičke količine, već na elegantno rješenje, koje uključuje isključivanje količine tvari iz razmatranja. Naravno, "neudobni, suvišni" parametri: apsolutno je nemoguće isključiti masu ili volumen GLINE. Barem iz razloga što ako nema količine glinenog materijala, onda neće biti ni samog “predmeta rasprave”. A tvar bi trebala biti. Stoga biramo neki uvjetni standard za masu ili volumen GLINE, koji se može smatrati jedinicom pogodnom za određivanje vrijednosti koeficijenta "C" koji nam je potreban. Za težinu GLINE, takva jedinica mase sedimentne stijene, pogodna za praktičnu upotrebu, pokazala se kao 1 kilogram (kg).
E sad, jedan kilogram GLINE zagrijemo za 1 stupanj, a količina topline (toplinske energije) koja nam je potrebna da zagrijemo glineno tlo za jedan stupanj je naš ispravan fizikalni parametar, koeficijent "C", pa sasvim potpuno i razumljivo opisuje jedno od termofizičkih svojstava GLINE pri raznim temperaturama. Imajte na umu da se sada bavimo karakteristikom koja opisuje fizičko svojstvo glinene tvari, ali ne pokušavajući nas "dodatno informirati" o njezinoj količini. Udobno? Nema riječi. To je sasvim druga stvar. Usput, sada ne govorimo o ukupnom toplinskom kapacitetu gline, kao sedimentne stijene. Sve se promijenilo. TO JE SPECIFIČNI TOPLINSKI KAPACITET GLINE, koji se ponekad naziva i drugim imenom. Kako? Samo MASENI TOPLINSKI KAPACITET GLINE. Specifična (sp.) i masa (m.) - u ovom slučaju: sinonimi, oni ovdje znače koeficijent "C" koji nam je potreban.
Tablica 1. Koeficijent: specifični toplinski kapacitet GLINE (sp.). Maseni toplinski kapacitet glinenog materijala. Referentni podaci za sedimentne stijene.