Справочник работника газовой промышленности (стр. 3 )

Объем газа и объемный расход относят к определенным условиям (температура, давление): объемный расход при нормальных условиях (температура 0 °С, давление 0,1013 МПа) и объемный расход газа при стандартных условиях (температура 20 °С, давление 0,1013 МПа).

Линейная и массовая скорость газа

Линейная скорость газа в газопроводе определяется как объемный расход газа в условиях потока (температура, давление) через единицу поперечного сечения .

Массовой скоростью газа называется массовый расход газа через единицу поперечного сечения потока (газопровода): .

Давление газа

Давление газа в общем случае равно пределу отношения нормальной составляющей силы к площади , на которую действует сила: . При равномерном распределении сил давление определяют по формуле .

Для характеристики состояния газов используют понятие абсолютного давления , которое представляет собой давление газов на стенки газопроводов. Для определения результирующих усилий, приложенных к стенкам газопроводов, используют понятие избыточного давления , которое представляет собой разность между абсолютным давлением газа и барометрическим давлением среды .

Работа

При выводе расчетных формул будет использовано понятие потенциальной работы. Потенциальной работой называется работа перемещения газов из области одного давления в область другого давления . Элементарная потенциальная работа соответствует бесконечно малым изменениям давления: , где - элементарная удельная работа.

В условиях перемещения газа в газопроводах распределение потенциальной работы формулируется следующим образом:

,

где - удельная эффективная работа, передаваемая телам внешней системы (для газопроводов =0); - необратимые превращения работы, , где - коэффициент гидравлического сопротивления, - линейная скорость газа; - расстояние от начала газопровода до рассматриваемой точки; - внутренний диаметр газопровода; - ускорение свободного падения; - расположение рассматриваемой точки по высоте.

Из аналитического выражения потенциальной работы следует, что она затрачивается на преодоление трения газа о стенки газопровода, изменение положения газа и изменение линейной скорости газа.

Идеальные и реальные газы

Законы, которым подчиняются идеальные газы, достаточно хорошо характеризуют поведение и свойства реальных газов только при невысоких давлениях и температурах. Законы идеальных газов тем лучше описывают свойства реальных газов, чем дальше эти газы находятся от областей насыщения и критического состояния.

Закон Бойля-Мариотта

Закон Бойля-Мариотта устанавливает зависимость между давлением и удельным объемом газа при постоянной температуре = idem.

Закон Гей-Люссака

Закон Гей-Люссака определяет зависимость удельного объема идеального газа от температуры при постоянном давлении. Расширение газов при нагревании характеризуется следующим образом: относительное расширение идеальных газов при нагревании под неизменным давлением (= idem) прямо пропорционально повышению температуры: при , где - удельный объем газа при температуре и давлении ; - удельный объем газа при нулевой температуре и том же давлении ; - температурный коэффициент объемного расширения идеальных газов при 0 °С, сохраняющий одно и то же значение при всех давлениях и одинаковый для всех идеальных газов, = 1/273,16 1/273,2 1/°С.

Уравнение Клапейрона

Уравнение Клапейрона (уравнение состояния) получается при сопоставлении законов Бойля-Мариотта и Гей-Люссака. Оно связывает три основные величины, характеризующие состояние газа (давление, температура и удельный объем); , где - абсолютное давление идеального газа; - удельный объем идеального газа; - газовая постоянная идеального газа; - абсолютная температура газа.

Уравнение Клапейрона может быть записано в следующем виде: .

При умножении обеих частей уравнения состояния на количество газа в единицах массы получим уравнение состояния для любого количества газа .

Газовая постоянная есть работа расширения единицы количества газа (1 кг) при нагревании его на 1 °С при постоянном давлении (= idem).

Закон Авогадро

Закон Авогадро сформулирован следующим образом: объем одного киломоля идеального газа не зависит от природы газа и определяется параметрами физического состояния газа (давление и температура).

Киломолем, или килограмм-молекулой, называется число килограммов вещества, численно равное его молекулярной массе .

Объем 1 киломоля идеальных газов по уравнению Клапейрона . По закону Авогадро правая часть этого выражения не зависит от природы газа, поэтому произведение молекулярной массы , и газовой постоянной не зависит от природы газа и является универсальной постоянной идеальных газов: = const.