2.2.6 Вязкость газа (рис 56-63)
Вязкость
– физическое свойство вещества, которое
проявляется при движении и характеризует
сопротивляемость скольжению и сдвигу
одной части относительно другой. Величина
силы внутреннего трения между двумя
движущимися слоями пропорциональна
площади соприкосновения этих слоев и
изменению скорости движения в направлении,
перпендикулярном плоскости соприкосновения
слоев. Коэффициент пропорциональности
между силой внутреннего трения и
произведением площади на изменение
скорости движения называется коэффициентом
динамической вязкости
.
Размерность коэффициента динамической
вязкости: сила·время/(длина)2,
т.е. H·с/м2
или Па·с., мПа·с
Коэффициент
динамической вязкости
,
отнесенный к плотности вещества при
тех же условиях, называется кинематическим
коэффициентом вязкости и имеет
размерность м2/с.
Коэффициент вязкости газа зависит от давления, температуры и состава газа. Методы определения коэффициента динамической вязкости газовых и газоконденсатных смесей основаны на использовании принципов соответственных состояний.
На рисунке 2.13 приведены зависимости для определения коэффициента приведенной динамической вязкости μ*пр природных газов при различных давлениях и температурах.
Величина μ*пр определяется по формуле:
(2.37)
где μат – коэффициент вязкости газа при атмосферном давлении Рат=0,098 МПа и заданной температуре, который определяется по формуле:
(2.38)
где μi – коэффициент динамической вязкости i-го компонента при заданной температуре и атмосферном давлении.
Величина μiат определяется из графика, показанного на рисунке 2.14, или по формуле:
(2.39)
где
Mi
– молекулярная масса
i-го
компонента;
–
интеграл столкновений;
Т – температура
газа; σi
– параметр потенциалов.
Рисунок 2.13 – Зависимость приведенной вязкости μ*пр от приведенных давления и температуры.
Значения
констант σi
и
находят
потаблицам 2.2
и 2.7
по известному компонентному составу
газа. Для нахождения
сначала
вычисляют величину:
(2.40)
Величина
(ε/k)дана в таблице
2.2. Значения
в
зависимости отТ*
приведены в таблицах
2.6 и 2.7.
Рисунок 2.14 – Зависимость вязкости газов μат от температуры при атмосферном давлении:
1 – гелий; 2 – воздух; 3 – азот; 4 – углекислый газ; 5 – сероводород; 6 – метан; 7 – этилен; 8 – этан; 9 – пропан; 10 – i-бутан; 11 – n-бутан; 12 – n-пентан; 13 – n-гексан; 14 – n-гептан; 15 – n-октан; 16 – n-нонан; 17 – n-декан.
Если
в составе газа присутствуют неуглеводородные
компоненты, то их влияние на величину
μат
учитывается введением соответствующих
поправок, зависящих от объемной
концентрации неуглеводородных компонентов
в смеси и от относительной плотности
этой смеси при атмосферном давлении.
Если вязкость газовой смеси μат
определена из графика зависимости μат
от относительной плотности
,
показанной нарисунке
2.15, то значения поправок
на вязкость неуглеводородных компонентов
должны быть вычтены из величины μат.
Значения поправок на присутствие в газе
неуглеводородных компонентов могут
быть вычислены аналитически по формулам:
Таблица
2.6 – Значения
интеграла столкновений
для
полярных компонентов
|
T* |
δ | |||||||
|
0 |
0,25 |
0,50 |
0,75 |
1,00 |
1,50 |
2,00 |
2,50 | |
|
0,1 |
4,1005 |
4,2660 |
4,833 |
5,742 |
6,739 |
8,624 |
10,340 |
11,890 |
|
0,2 |
3,2626 |
3,3050 |
3,516 |
3,914 |
4,439 |
5,570 |
6,637 |
7,618 |
|
0,3 |
3,8399 |
2,8360 |
2,936 |
3,168 |
3,511 |
4,329 |
5,126 |
5,874 |
|
0,4 |
2,5310 |
2,5220 |
2,586 |
2,749 |
3,004 |
3,640 |
4,582 |
4,985 |
|
0,5 |
2,2837 |
2,2770 |
2,329 |
2,460 |
2,665 |
3,187 |
3,723 |
4,549 |
|
0,6 |
2,0838 |
2,0810 |
2,130 |
2,543 |
2,417 |
2,862 |
3,329 |
3,786 |
|
0,7 |
1,9220 |
1,9240 |
1,970 |
2,072 |
2,525 |
2,614 |
3,028 |
3,435 |
|
0,8 |
1,7902 |
1,7950 |
1,840 |
1,934 |
2,070 |
2,417 |
2,788 |
3,560 |
|
0,9 |
1,6823 |
1,6890 |
1,733 |
1,820 |
1,944 |
2,558 |
2,396 |
2,933 |
|
1,0 |
1,5929 |
1,6010 |
1,644 |
1,725 |
1,838 |
2,124 |
2,435 |
2,746 |
|
1,2 |
1,4551 |
1,4650 |
1,504 |
1,574 |
1,670 |
1,913 |
2,181 |
2,451 |
|
1,4 |
13551 |
1,3650 |
1,400 |
1.461 |
1,344 |
1,754 |
1,989 |
2,528 |
|
1,6 |
1,2800 |
1,2890 |
1,321 |
1374 |
1,447 |
1,630 |
1,838 |
2,053 |
|
1,8 |
1,2219 |
1,2310 |
1,259 |
1,306 |
1,370 |
1,332 |
1,718 |
1,912 |
|
2,0 |
1,1757 |
1,1840 |
1,509 |
1,251 |
1,307 |
1,451 |
1,618 |
1,715 |
|
2,5 |
1,0933 |
1,1000 |
1,119 |
1,150 |
1,193 |
1,304 |
1,435 |
1,578 |
|
3,0 |
1,0388 |
1,0440 |
1,059 |
1,083 |
1,117 |
1,504 |
1,310 |
1,428 |
|
3,3 |
0,9986 |
1,0040 |
1,016 |
1,035 |
1,062 |
1,133 |
1,520 |
1,319 |
|
4,0 |
0,9699 |
0,9732 |
0,9830 |
0,9991 |
1,021 |
1,079 |
1,153 |
1,536 |
|
5,0 |
0,9268 |
0,9291 |
0,9360 |
0,9473 |
0,9628 |
1,005 |
1,058 |
1,121 |
|
6,0 |
0,8917 |
0,8979 |
0,9030 |
0,9114 |
0,9230 |
0,9545 |
0,9955 |
1,044 |
|
7,0 |
0,8727 |
0,8741 |
0,8780 |
0,8845 |
0,8935 |
0,9181 |
0,9505 |
0,989 |
|
8,0 |
0,8538 |
0,8549 |
0,8580 |
0,8632 |
0,8703 |
0,8901 |
0,9164 |
0,948 |
|
9,0 |
0.8379 |
0,8338 |
0,8414 |
0,8456 |
0,8515 |
0,8678 |
0,8895 |
0,916 |
|
10,0 |
0,8243 |
0,8251 |
0,8273 |
0,8308 |
0,8356 |
0,8493 |
0,8676 |
0,890 |
|
12,0 |
0,8018 |
0,8024 |
0,8039 |
0,8065 |
0,8101 |
0,8201 |
0,8337 |
0,850 |
|
14,0 |
0,7836 |
0,7840 |
0,7852 |
0,7872 |
0,7899 |
0,7976 |
0,8081 |
0,821 |
|
16,0 |
0,7683 |
0,7687 |
0,7696 |
0,7712 |
0,7790 |
0,7730 |
0,7878 |
0,798 |
|
13,0 |
0,7552 |
0,7554 |
0,7562 |
0,7575 |
0,7592 |
0,7642 |
0,7711 |
0,780 |
|
20,0 |
0,7346 |
0,7435 |
0,7445 |
0,7455 |
0,7470 |
0,7512 |
0,7569 |
0,764 |
|
25,0 |
0,7198 |
0,7200 |
0,7204 |
0,7211 |
0,7221 |
0,7250 |
0,7289 |
0,734 |
|
30,0 |
0,7010 |
0,7011 |
0,7014 |
0,7019 |
0,7026 |
0,7047 |
0,7076 |
0,711 |
|
35,0 |
0,6854 |
0,6855 |
0,6858 |
0,6861 |
0,6867 |
0,6883 |
0,6905 |
0,693 |
|
40,0 |
0,6723 |
0,6724 |
0,6726 |
0,6728 |
0,6733 |
0,6745 |
0,6762 |
0,678 |
|
50,0 |
0,6510 |
0,6510 |
0,6512 |
0,6513 |
0,6516 |
0,6524 |
0,6534 |
0,655 |
|
75,0 |
0,6140 |
0,6241 |
0,6143 |
0,6145 |
0,6147 |
0,6148 |
0,6148 |
0,615 |
|
100,0 |
0,5887 |
0,5889 |
0,5894 |
0,5900 |
0,5903 |
0,3901 |
0,5895 |
0,488 |
Таблица
2.7 – Значения интеграла столкновений
при
различных T*
для неполярных
компонентов
|
T* |
|
T* |
|
T* |
|
T* |
|
|
0,30 |
2,785 |
1,35 |
1,375 |
2,80 |
1,058 |
4,90 |
0,930 |
|
0,35 |
2,628 |
1,40 |
1,353 |
2,90 |
1,048 |
5,00 |
0,927 |
|
0,40 |
2,492 |
1,45 |
1,333 |
3,00 |
1,039 |
6,00 |
0,896 |
|
0,45 |
2,368 |
1,50 |
1,314 |
3,10 |
1,030 |
7,00 |
0,877 |
|
030 |
2,257 |
135 |
1,296 |
3,20 |
1,022 |
8,00 |
0,854 |
|
0,55 |
2,156 |
1,60 |
1,279 |
3,30 |
1,014 |
9,00 |
0,833 |
|
0,60 |
2,065 |
1,65 |
1,264 |
3,40 |
1,007 |
10,0 |
0,824 |
|
0,65 |
1,982 |
1,70 |
1,248 |
3,50 |
0,999 |
20,0 |
0,743 |
|
0,70 |
1,908 |
1,75 |
1,234 |
3,60 |
0,993 |
30,0 |
0,700 |
|
0,75 |
1,841 |
1,80 |
1,221 |
3,70 |
0,987 |
40,0 |
0,672 |
|
0,80 |
1,780 |
1,85 |
1,209 |
3,80 |
0,981 |
50,0 |
0,650 |
|
0,85 |
1,725 |
1,90 |
1,197 |
3,90 |
0,975 |
60,0 |
0,633 |
|
0,90 |
1,675 |
1,95 |
1,136 |
4,00 |
0,970 |
70,0 |
0,619 |
|
0,95 |
1,629 |
2,00 |
1,175 |
4,10 |
0,965 |
80,0 |
0,608 |
|
1,00 |
1,587 |
2,10 |
1,156 |
4,20 |
0,960 |
90,0 |
0,597 |
|
1,05 |
1,349 |
2,20 |
1,138 |
4,30 |
0,955 |
100,0 |
0,588 |
|
1,10 |
1,314 |
2,30 |
1,122 |
4,40 |
0,951 |
200,0 |
0,532 |
|
1,15 |
1,352 |
2,40 |
1,107 |
4,50 |
0,946 |
300,0 |
0,502 |
|
1,20 |
1,382 |
2,50 |
1,093 |
4,60 |
0,943 |
400,0 |
0,481 |
|
1,25 |
1,424 |
2,60 |
1,081 |
4,70 |
0,938 |
– |
– |
|
1,30 |
1,399 |
2,70 |
1,069 |
4,80 |
0,934 |
– |
– |
(2.41)
(2.42)
(2.43)
Погрешности
определения μ*пр
из рисунка 2.13
составляют 3÷5%. 
Рисунок 2.15 – Зависимость вязкости углеводородных газов μ от их относительных плотностей по воздуху (а) и поправки на величину вязкости газов, содержащих H2S (б), N2 (в), CO2 (г).