Cách tính mật độ năng lượng

NộI Dung

• Công thức mật độ năng lượng
• Đơn vị mật độ năng lượng
• Tính toán hàm lượng năng lượng
• Bom nhiệt lượng kế
• Hàm lượng năng lượng sưởi ấm cao hơn
• Mật độ năng lượng của diesel sinh học

Điều gì làm cho xăng và nhiên liệu khác mạnh mẽ như vậy? Tiềm năng của các hỗn hợp hóa học như nhiên liệu mà xe điện cung cấp đến từ các phản ứng mà các vật liệu này có thể gây ra.

Bạn có thể đo mật độ năng lượng này bằng cách sử dụng các công thức và phương trình đơn giản chi phối các tính chất vật lý và hóa học này khi nhiên liệu được đưa vào sử dụng. Phương trình mật độ năng lượng đưa ra cách đo năng lượng mạnh mẽ này đối với chính nhiên liệu.

Công thức mật độ năng lượng

Công thức cho mật độ năng lượng Là E_{Cười mở miệng} = E / V cho mật độ năng lượng E_{Cười mở miệng}, năng lượng E và khối lượng V. Bạn cũng có thể đo năng lượng riêng E_S như E / M cho khối lượng thay vì khối lượng. Năng lượng cụ thể có mối tương quan chặt chẽ hơn với năng lượng có sẵn mà nhiên liệu sử dụng khi cung cấp năng lượng cho ô tô so với mật độ năng lượng. Các bảng tham khảo cho thấy nhiên liệu xăng, dầu hỏa và dầu diesel có mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với than, metanol và gỗ.

Bất kể, các nhà hóa học, vật lý học và kỹ sư sử dụng cả mật độ năng lượng và năng lượng cụ thể khi thiết kế ô tô và vật liệu thử nghiệm cho các tính chất vật lý. Bạn có thể xác định lượng năng lượng mà nhiên liệu sẽ thải ra dựa trên sự đốt cháy năng lượng dày đặc này. Điều này được đo thông qua nội dung năng lượng.

Lượng năng lượng trên một đơn vị khối lượng hoặc thể tích mà nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy là hàm lượng năng lượng của nhiên liệu. Trong khi nhiên liệu đậm đặc hơn có giá trị hàm lượng năng lượng cao hơn về mặt khối lượng, nhiên liệu mật độ thấp hơn thường tạo ra hàm lượng năng lượng nhiều hơn trên mỗi đơn vị khối lượng.

Đơn vị mật độ năng lượng

Hàm lượng năng lượng phải được đo cho một thể tích khí xác định ở nhiệt độ và áp suất cụ thể. Tại Hoa Kỳ, các kỹ sư và nhà khoa học báo cáo hàm lượng năng lượng trong các đơn vị nhiệt quốc tế của Anh (BtuIT) trong khi ở Canada và Mexico, hàm lượng năng lượng được báo cáo trong joules (J).

Bạn cũng có thể dùng calo để báo cáo nội dung năng lượng. Các phương pháp tính toán hàm lượng năng lượng tiêu chuẩn hơn trong khoa học và kỹ thuật sử dụng lượng nhiệt sinh ra khi bạn đốt cháy một gram vật liệu đó tính bằng joules mỗi gram (J / g).

Tính toán hàm lượng năng lượng

Sử dụng đơn vị joules này trên mỗi gram, bạn có thể tính được lượng nhiệt tỏa ra bằng cách tăng nhiệt độ của một chất cụ thể khi bạn biết công suất nhiệt cụ thể C_p của vật liệu đó. Các C_p của nước là 4,18 J / g ° C. Bạn sử dụng phương trình nhiệt H như H = TT x m x C_p trong đó T là sự thay đổi nhiệt độ và m là khối lượng của chất tính bằng gam.

Nếu bạn thực nghiệm đo nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng của vật liệu hóa học, bạn có thể xác định nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng. Nếu bạn đun nóng một bình nhiên liệu dưới dạng bình chứa và ghi lại sự thay đổi nhiệt độ trong không gian ngay bên ngoài bình chứa, bạn có thể đo nhiệt lượng tỏa ra bằng phương trình này.

Bom nhiệt lượng kế

Khi đo nhiệt độ, đầu dò nhiệt độ có thể liên tục đo nhiệt độ theo thời gian. Điều này sẽ cung cấp cho bạn một phạm vi nhiệt độ rộng mà bạn có thể sử dụng phương trình nhiệt. Bạn cũng nên tìm các vị trí trong biểu đồ hiển thị mối quan hệ tuyến tính giữa nhiệt độ theo thời gian, vì điều này sẽ cho thấy rằng nhiệt độ đang được đưa ra ở một tốc độ không đổi. Điều này có thể chỉ ra mối quan hệ tuyến tính giữa nhiệt độ và nhiệt mà phương trình nhiệt sử dụng.

Sau đó, nếu bạn đo khối lượng nhiên liệu đã thay đổi, bạn có thể xác định mức năng lượng được lưu trữ trong khối lượng đó cho nhiên liệu. Ngoài ra, bạn có thể đo mức chênh lệch âm lượng này cho các đơn vị mật độ năng lượng thích hợp.

Phương pháp này, được gọi là nhiệt lượng kế bom phương pháp, cung cấp cho bạn một phương pháp thử nghiệm sử dụng công thức mật độ năng lượng để tính mật độ này. Các phương pháp tinh chế hơn có thể tính đến nhiệt bị mất cho các bức tường của chính container hoặc dẫn nhiệt qua vật liệu chứa.

Hàm lượng năng lượng sưởi ấm cao hơn

Bạn cũng có thể biểu thị hàm lượng năng lượng như một biến thể của giá trị gia nhiệt cao hơn (HHV). Đây là lượng nhiệt được giải phóng ở nhiệt độ phòng (25 ° C) bởi một khối lượng hoặc thể tích nhiên liệu sau khi nó cháy, và các sản phẩm đã trở về nhiệt độ phòng. Phương pháp này chiếm nhiệt lượng tiềm ẩn, nhiệt entanpy xuất hiện khi quá trình hóa rắn và biến đổi pha ở trạng thái rắn xảy ra trong quá trình làm mát vật liệu.

Thông qua phương pháp này, hàm lượng năng lượng được tính bằng giá trị gia nhiệt cao hơn ở điều kiện thể tích cơ sở (HHV_b). Ở điều kiện tiêu chuẩn hoặc cơ sở, tốc độ dòng năng lượng q_Hb bằng với tích của tốc độ dòng thể tích q_vb và giá trị gia nhiệt cao hơn ở điều kiện thể tích cơ sở trong phương trình q_Hb = q_vb x HHV_b.

Thông qua các phương pháp thí nghiệm, các nhà khoa học và kỹ sư đã nghiên cứu HHV_b đối với các loại nhiên liệu khác nhau để xác định làm thế nào nó có thể được xác định là chức năng của các biến khác phù hợp với hiệu quả nhiên liệu. Điều kiện tiêu chuẩn được xác định là 10 ° C (273,15 K hoặc 32 oF) và 105 pascal (1 bar).

Những kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng HHV_b phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ ở điều kiện cơ sở cũng như thành phần của nhiên liệu hoặc khí. Ngược lại, giá trị gia nhiệt thấp hơn LHV là phép đo tương tự, nhưng tại điểm mà nước trong các sản phẩm đốt cuối cùng vẫn còn là hơi hoặc hơi.

Nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng bạn có thể tính toán HHV từ thành phần của nhiên liệu chính nó. Điều này sẽ cung cấp cho bạn HHV = .35X_C + 1,18X_H + 0,10X_S + - 0,02X_{VIẾT SAI RỒI} - 0,10X_Ôi - 0,02X_tro với mỗi X là khối lượng phân đoạn cho carbon (C), hydro (H), lưu huỳnh (S), nitơ (N), oxy (O) và hàm lượng tro còn lại. Nitơ và oxy có ảnh hưởng xấu đến HHV vì chúng không góp phần giải phóng nhiệt như các nguyên tố và phân tử khác làm.

Mật độ năng lượng của diesel sinh học

Nhiên liệu diesel sinh học cung cấp một phương pháp sản xuất nhiên liệu thân thiện với môi trường để thay thế cho các loại nhiên liệu khác có hại hơn. Chúng được tạo ra từ dầu tự nhiên, chiết xuất đậu nành và tảo. Nguồn nhiên liệu tái tạo này dẫn đến ít ô nhiễm hơn cho môi trường và chúng thường được trộn lẫn với nhiên liệu dầu mỏ (nhiên liệu xăng và dầu diesel). Điều này khiến họ trở thành ứng cử viên lý tưởng cho việc nghiên cứu lượng nhiên liệu sử dụng bằng cách sử dụng các đại lượng như mật độ năng lượng và hàm lượng năng lượng.

Thật không may từ góc độ hàm lượng năng lượng, nhiên liệu diesel sinh học có một lượng lớn oxy, vì vậy chúng tạo ra các giá trị năng lượng thấp hơn so với khối lượng của chúng (tính theo đơn vị MJ / kg). Nhiên liệu diesel sinh học có hàm lượng năng lượng thấp hơn khoảng 10%. B100, ví dụ, có hàm lượng năng lượng là 119,550 Btu / gal.

Một cách khác để đo lượng nhiên liệu mà nhiên liệu sử dụng là cân bằng năng lượng, đối với diesel sinh học là 4,56. Điều này có nghĩa là nhiên liệu diesel sinh học tạo ra 4,56 đơn vị năng lượng cho mỗi đơn vị năng lượng hóa thạch họ sử dụng. Các nhiên liệu khác chứa nhiều năng lượng hơn, chẳng hạn như B20, một hỗn hợp diesel với nhiên liệu sinh khối. Nhiên liệu này có khoảng 99 phần trăm năng lượng của một gallon dầu diesel hoặc 109 phần trăm năng lượng của một gallon xăng.

Các phương pháp thay thế tồn tại để xác định hiệu quả của nhiệt lượng tỏa ra từ sinh khối nói chung. Các nhà khoa học và kỹ sư nghiên cứu sinh khối sử dụng phương pháp nhiệt lượng kế bom để đo nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình đốt cháy được truyền vào không khí hoặc nước xung quanh thùng chứa. Từ đó, bạn có thể xác định HHV cho sinh khối.