Удельная теплота сгорания керосина

Независимо от целей применения – для отопления, освещения или в качестве транспортного топлива – важнейшей характеристикой всех марок керосина считается его теплотворная способность.

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:

1. Оптимального соотношения смеси продуктов сгорания.
2. Адиабатической температуры пламени реакции сгорания.
3. Средней молекулярной массы продуктов сгорания.
4. 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.