Question

在一些农村地区建造的沼气池，通过将农村大量的秸杆、人畜粪便发酵来获取沼气，利用沼气来烧火做饭，点灯

在一些农村地区建造的沼气池，通过将农村大量的秸杆、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利用，同时也给生活带了诸多便利，使环境得以改善．这是一个一举多得的惠民工程．如图所示为一农户的水压式沼气池剖面简图．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）10．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　）2.82.01.00.5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=10N/kg，水的比热容4.2×103J/（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，普通炉中的右炉单独正常工作时，将一壶质量为2.5kg、温度为20℃水烧开，耗时约10min．若设沼气能够完全燃烧，试估算右炉烧水效率．

Answer 1

（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℃）J=8.4×10⁵J，
右炉烧水的效率：η=

Q吸

Q放

×100%=

8.4×105J

2.4×106J

×100%=35%．
答：（1）该农户此时不能使用这个沼气池中的沼气来正常烧火做饭；
（2）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）右炉烧水的效率为35%；