1 Методика расчета теплофизических характеристик индивидуальных газов

1.1 Термодинамические параметры состояния газа

Индивидуальные газы, находящиеся в термодинамическом равновесии, характеризуются определенными физическими величинами – равновесными параметрами состояния.

В термодинамике существует подразделение равновесных параметров на термические (давление, температура, объем, термические коэффициенты) и калорические параметры (внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, удельная теплоемкость и т.д.).

Для выражения значений термодинамических величин различают: удельные величины, отнесенные к 1 вещества; объемные величины, отнесенные к 1вещества; молярные величины, отнесенные к 1вещества.

Из многочисленных термодинамических величин для решения большинства задач при тепловых расчетах достаточно ограничится следующими термодинамическими и калорическими параметрами:

–термодинамическая температура в ;

–абсолютное давление в ;

- удельный объем в ;

- плотность в ;

- фактор сжимаемости ;

- удельная изохорная теплоемкость в ;

- удельная изобарная теплоемкость в ;

- динамический коэффициент вязкости в ;

- кинематический коэффициент вязкости в ;

- коэффициент теплопроводности в ;

- коэффициент температуропроводности в ;

- число Прандтля;

- показатель адиабаты;

- скорость звука в газе в .

Термические параметры – температура и давление обычно принимаются в качестве задаваемых при проведении расчетов, а остальные параметры – в качестве определяемых теплофизических характеристик конкретного газа.

Для описания - свойств реальных газов предложено много модификаций уравнения состояния идеального газа. Наиболее важным из известных уравнений, имеющим строгое теоретическое обоснование связи с межмолекулярными силами, является вириальное уравнение состояния. Это уравнение выражает отклонения от уравнения состояния идеального газа в виде степенного ряда по плотности[16].

, (1)

где - второй, третий, четвертый и пятый приведенные

вириальные коэффициенты соответственно;

- объем, занимаемый газом, в ;

- масса газа в .

- газовая постоянная в .

Вириальные коэффициенты зависят от температуры и природы рассматриваемого газа, причем каждый вириальный коэффициент можно вполне интерпретировать на основании молекулярных свойств. Так второй вириальный коэффициент учитывает отклонения от уравнения состояния идеального газа, обусловленные взаимодействием двух молекул, третий – взаимодействием трех молекул и т. д.

В справочнике [17] приведены таблицы теплофизических свойств (термические и калорические параметры) наиболее важных одно-, двух- и многоатомных газов, рассчитанных по соответствующим уравнениям с использованием уравнения состояния (1).

Формулы взаимосвязи некоторых теплофизических характеристик:

;

;

;

;

1.2 Погрешность определения теплофизических характеристик индивидуальных газов и область пользования результатами расчета

Для оценки погрешности определения значений основных теплофизических характеристик используется средняя квадратическая погрешность аппроксимации приведенными уравнениями экспериментальных данных [16, 18, 19], обозначенная знаком .

Численные значения погрешностей для наиболее часто употребляемых в теплофизических расчетах газов указаны в таблице 1 по данным [17].

Таблица 1 - Погрешность определения теплофизических характеристик

некоторых индивидуальных газов и область пользования

результатами расчета

Погрешность и параметр состояния	Наименование индивидуального газа
	Азот	Диоксид углерода	Водяной пар	Кислород
	0,092	0,180	0,078	0,244
	1,074	1,650	1,525	3,747
	3,318	1,850	6,102	1,597
	0,3 - 0,8	0,3 - 0,8	0,3 - 0,8	0,3 - 0,8
	0,3 - 0,8	0,3 - 0,8	0,3 - 0,8	0,3 - 0,8
	0,3 - 1,0	0,3 - 1,0	0,3 - 1,0	0,3 - 1,0
	0,2 - 1,0	0,2 - 1,0	0,2 - 1,0	0,2 - 1,0
	500 ÷ 2500	600 ÷ 2500	800 ÷ 2000	500 ÷ 2500
	300	300	120	300

Область пользования результатами расчета определяется диапазоном температур и давлений, в котором погрешность определения теплофизических характеристик не превышает значений, указанных в таблице 1.

Температурный диапазон ограничен нижним и верхнимзначениями температур для каждого индивидуального газа.

Нижнее значение диапазона давлений равно нормальному давлению, т. е. = 101325, а верхнее ограничено давлением, при котором достигается предельное значение плотности данного газа.

Значения и температурного диапазона и также приведены в таблице 1 для каждого приведенного индивидуального газа.