Масса, плотность и удельный объём газа

Объем газа не может характеризовать его количество. В одном и том же объеме количество его может быть различным. Для определения количества (массы) газа необходимо знать его плотность r, кг/м ³. Массу газа можно определить так:

Где m – масса газа, заключенного в объеме V, кг; V – объем газа, м ³; r - плотность газа, кг/м ³.

Тогда плотность или масса единицы объема: ,

где m – масса газа, кг; V – объем, заполненный газом, м ³; r - плотность газа, кг/м³.

Величина, обратная плотности, называется удельным объемом. Измеряют удельный объем в м ³/ кг.

Плотность газа, также как и объем, следует указывать при нормальных условиях. В случае, когда температура и давление отличаются от нормальных условий (Р_б = =101.3 кПа, t = 0 ⁰ С) то плотность газа, кг/м ³, при рабочих условиях может быть определена по следующей формуле:

Вязкость

Вязкость - способность газов или жидкостей оказывать сопротивление относительному перемещению, которое возникает при сдвиге или скольжении одного слоя газа или жидкости относительно другого, соседнего.

Вязкость характеризует внутреннее трение частиц. Причем вязкость одного и того же вещества зависит от нескольких факторов, основными из которых являются: температура, скорость перемещения и величина перемещающихся поверхностей.

Различают динамическую вязкость и кинематическую.

Согласно закону Ньютона силы трения при прямолинейном параллельном перемещении слоев газа или жидкости равны:

где А – величина площади соприкосновения слоев; - градиент скорости по направлению, нормальном к скорости; m - коэффициент динамической вязкости.

Коэффициент кинематической вязкости обозначается n, м ²/ с. Этот коэффициент определяется из следующего соотношения:

где n - коэффициент кинематической вязкости; m - коэффициент динамической вязкости; r - плотность газа (жидкости).

Коэффициент динамической вязкости зависит от температуры. Эту зависимость сформулировал в своей эмпирической формуле Сазерленд:

где m_Т – коэффициент динамической вязкости при температуре Т; m ₀ - коэффициент динамической вязкости при температуре 273 К; С – безразмерная величина, принимаемая по таблицам в зависимости от состава газа.

Влажность газов

Горючий газ, подаваемый потребителю, подвергается осушке. Однако в большинстве случаев он содержит водяные пары. Пары воды могут насыщать газ до определенного предельного давления при данном давлении и температуре. В случае превышения этого предела, начинается переход в жидкое состояние, т.е. происходит конденсация паров

Абсолютной влажностью называется весовое количество водяных паров, выраженное в граммах, находящееся в 1 м ³ и 1 кг газа. Относительная влажность представляет собой отношение фактически содержащегося в газе водяного пара к максимально возможному его содержанию при данной температуре и давлении.

,где j - относительная влажность газа; p – парциальное давление водяного пара, находящегося в газе; P – давление насыщенного водяного пара при данной температуре.

Под относительной влажностью понимают отношение парциального давления водяных паров p_п, находящихся в газе, к давлению насыщенного пара p_н при той же температуре:

В случае, когда p_н = p_п – газ считается насыщенным водяным паром. Значение же относительной влажности при этом равно: j = 1.

Понижение температуры приводит к конденсации избыточного количества водяных паров, т.е. часть их переходит в жидкое или твердое (лед) состояние. Переход в твёрдое состояние может привести к закупориванию газопровода, регулирующей арматуры и регулирующих устройств. В случае, когда по газопроводам транспортируются углеводородные газы, насыщенные водяными парами, может происходить образование кристаллогидратов. Образование кристаллогидратов также приводит к закупориванию газопроводов. Кристаллогидраты имеют температуру плавления несколько выше температуры замерзания воды. Во избежание закупоривания газопроводов и регулирующей арматуры ледяными и кристаллогидратными пробками, необходимо поддерживать относительную влажность газа на уровне 60% (не более), при наименьшей расчетной температуре газа в газопроводе.

Температура, при которой газ полностью насыщается водяными парами, называется температурой точкой росы данного газа.

Диффузия газов

Диффузией называется процесс проникновения молекул одного вещества в массу другого или процесс распространения вещества, в какой – либо среде.

Различают три вида диффузии газов: газ в газ, газ в жидкость и газ в твердое тело.

Диффузия газ в газ представляет собой свободную диффузию. Она происходит во всех случаях смешения различных газов.

Диффузия газ в жидкость происходит в процессе контакта газа с жидкостью, при котором происходит проникновение газа в жидкость и его поглощение (процесс абсорбции).

Диффузия газ в твердое вещество происходит в процессе контакта газа с твердым телом, при котором происходит проникновение молекул газа в поры твердого тела (процесс адсорбции).

Движущей силой процесса диффузии является градиент давления, который представляет собой изменение парциального давления на единицу пути диффундируемого газа, т.е. dP/dx

Количество газа, продиффундировавшего через единицу поверхности в единицу времени называется скоростью диффузии. Она определяется по следующей формуле:

,где u_д – скорость диффузии; V – количество продиффундировавшего газа (в объемных единицах); F – поверхность диффузии; t - время диффузии. Согласно закону Фика:

, где D – коэффициент диффузии.

Знак минус показывает, что с увеличением расстояния x происходит уменьшение давления Р. Процесс диффузии одного газа в другой в значительной степени зависит от температуры и давления. Если нам известен коэффициент диффузии D ₀,полученный при температуре T ₀ и давлении P ₀, а нам необходимо определить коэффициент диффузии D ₁, при температуре Т ₁ и давлении Р ₁, то необходимо использовать следующее уравнение:

, где n – показатель степени (n = 1.5…2.0). – для неподвижных систем.

Для систем находящихся в движении:

ГД D ₂ – значение коэффициента диффузии с учетом перемещения газа или жидкости;

D ₁ – коэффициент диффузии для неподвижной системы;

u - скорость потока газа или жидкости.

В соответствии с законом Грейама скорость диффузии разных газов обратно пропорциональна корню квадратному из их молекулярных весов. При Р=const и t=const для водорода:

; для кислорода: .

Коэффициент диффузии газа в жидкость:

где V – количество диффундируемого газа;

F – площадь контакта газ-жидкость;

h – толщина слоя жидкости;

a – коэффициент растворимости;

(P ₁ – P ₂) – перепад давления.

Поиск по сайту: