Kostik Belov » 27 апр 2007 (Пт), 11:22
Удельная теплота сгорания газа составляет 42*10^6 Дж/кг и мы сожгли 0,0175 кг газа. Соответственно, количество теплоты, выделившееся при сгорании газа (Qb), составило 735кДж.
42*10^6 x 0,0175 = 735000 Дж
Запомним эту цифру.
Теперь прикинем - какое количество теплоты (Qh) нужно сообщите воде для ее разогрева с 5С до 100С, с учетом того, что вода кипятится в стальном чайнике.
Для расчета нам необходимы следующие данные:
Удельная теплоемкость воды - Cw = 4200Дж/кг/К
Удельная теплоемкость стали Сst = 460Дж/кг/К
Начальная температура системы t0 = 5C
Конечная температура системы равная t1=100C
Масса воды mw = 1кг
Масса чайника mst= 0,38 кг
Для нашего случая Qh считается по формуле:
Qh = (t1 - t0) x (Cst*mst + Cw*mw)
Получаем, что Qh=415,606 кДж
Т.е. оно существенно меньше количества теплоты образовавшегося при сгорании газа.
Зная Qh и Qb можно найти КПД системы горелка+чайник+ветрозащитная шторка:
КПД = Qh/Qb = 56,55%
Т.е. получается, что примерно половина мощности горелки расходуется на обогрев улицы...)
Теперь давайте посмотрим как изменится расход газа, если у нас "топленка", т.е. кипяток получаем из снега.
К исходным данным в этом случае у нас добавляется:
Начальная температура снега ts0 = -10C
Удельная теплоемкость снега Сs = 2100Дж/кг/К
Удельная теплота плавления снега Сsm = 3,3*10^5 Дж/кг (до фига, правда?)
Ну и соответственно температура воды теперь меняется от 0C (t0) до 100С (t1)
Количество теплоты для "топленки" (Qs) рассчитывается по формуле:
Qs = (t1 - t0) x (Cst*mst + Cw*mw) + (Csm + (t0 - ts0)*Cs) x mw
Получается, что кол-во теплоты необходимое для "топленки" составляет 788,580 кДж
Теперь вопрос: а сколько нужно газа, чтобы растопить 1кг снега и получить 1л кипятка?
Его легко можно найти из Qs, предварительно "нормировать" Qs на КПД горелки.
Иными словами необходимо чтобы горелка выдала на гора 1394,605кДж тепла
Отсюда получаем что на разогрев до кипятка 1 кг снега необходимо потратить 33,2 грамма газа. Т.е. на 90% больше чем для воды.
Ну и напоследок маленькая проверка правильности приведенных вычислений.
Как мы помним процес нагрева 1л воды с 5С до 100С занял 7 мин 10 сек (t=430 сек). При этом по данным производителя мощность (P) горелки CAMP-1 составляет 1800Ватт
По формуле Q = P*t получаем, что горелка в процессе работы выделила 774 кДж тепла. Сравниваем с Qb и видим, что расхождение в результатах составляет порядка 5,3%.
Считаю, расчетам можно верить..)))
Выводы:
1. На разогрев воды уходит только 56,55% мощности горелки. Соответственно чем лучше теплоизоляция тем меньше будет расходоваться газа.
2. Если топим снег расход газа увеличивается на 90%.
3. На разогрев до состояния кипятка 1 кг снега уйдет около 33 грамм газа.