在一些农村地区建造的沼气池,通过将农村大量的秸秆、人畜粪便发酵来获取沼气,利用沼气来烧火做饭,点灯照明。沼气池的应用,不仅使上述资源得以更好的利用,同时也给生活带来了诸多便利,使环境得以改善。这是一个一举多得的惠民工程。图 9 所示为一农户的水压式沼气池的剖面简图。
说明:1.沼气池 2.水压池 3.进料口 4.密封盖 5.输气管 6.贮气室 7.沼气压力显示器 8.总阀门 9.U 形管压强计(里面装有染成红色的水) l0.出料口盖板(不密封水压池, 水压池仍与外面大气相通) 11.阀门
已知该农户家燃气灶的相关技术数据如下:
使用燃料 | 液化石油气 | 天然气 | 人工煤气 | 人工沼气 |
灶前压强(kPa) | 2.8 | 2.0 | 1.0 | 0.5 |
额定热流量(kW) |
普通炉 | 左:3.6 |
组合炉 | 左:3.6 |
右:4.0 |
右:3.6 | |||
单炉 | 4.0 |
取 g=10 N/kg,水的比热容 c 水=4.2×l03J/(kg·℃)
(1).根据图 9 所示,通过计算说明,该农户此时能否使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭?
(2).有一天,该农户发现,沼气压强小于燃气灶的要求。为了能尽快利用沼气生火做饭, 从物理学的角度看,可采取哪些措施?
(3).若该农户所用的燃气灶是普通炉,通常情况下,普通炉中的右炉多带带正常工作时,将一壶质量为 2.5 kg、温度为 20℃的水烧开,耗时约 10 min。试估算右炉烧水的效率。
(4).请你就如何提高燃气灶的效率问题谈淡你的设想。
解析:
(1)灶前沼气压强
p=ρ水gh
=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m
=600Pa=0.6kPa,
因为p<1.5kPa,
所以此时不可以使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭.
(2)可采取的措施有:通过进料口向沼气池中加水、加料或向水压池中加水等.如果通过进料口向沼气池中加适量的热水,则效果更佳.
(3)一般说来,燃气灶正常工作时,燃气的燃烧是很充分的,我们可以视为燃气完全燃烧;再把当时的大气压看作是1标准大气压.
燃气灶所放出的热量:
Q放=Pt=4.0×103W×10×60s
=2.4×106J,
水吸收的热量:
Q吸=c水m水△t水
=4.2×103J/(kg•℃)×2.5kg×(100℃-20℃)
=8.4×105J,
右炉烧水的效率:
η=×100%
=×100%
=35%.
(4)适当选用额定热流量较大的炉具以缩短加热时间,从而缩短向环境散热的时间,以减少热损失;及时清除水壶底部的水垢,以加快热传递;烧水时,水壶最好加盖.
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