5. Рівняння стану реальних газів
Усі реальні гази більшою чи меншою мірою відрізняються від рівняння стану ідеального газу Клапейрона Pυ = RT . Із збільшенням тиску, густини і зменшенням температури реального газу ці відхилення стають значними. Реальні гази, на відміну від ідеальних, можуть переходити у рідкий стан, перебувати у двофазному стані вологого газу. Питомий об‘єм газів при цьому суттєво зменшується (в 20 – 100 разів) і рівняння стану не відображає дійсного зв‘язку між параметрами.
Для оцінювання ступеня відхилення дійсного закону зв‘язку між пара-метрами від рівняння Клапейрона в технічних розрахунках використовують експериментально визначуваний коефіцієнт стиснення газу Z. Тоді рівняння стану набуває вигляду
Pυ=ZRT;
.
(43)
Для ідеального газу Z = 1. Величина Z залежить від виду газу , його тиску і температури . В додатку Б наведені графіки для визначення коефіцієнта стиснення для вуглеводнів, у тому числі для їх суміші.
Існують
і інші рівняння стану реальних газів.
Найбільш відомим є рівняння Ван-дер-Ваальса:
,
(44)
де a і b – константи, які враховують сили міжмолекулярної взаємодії і власний об‘єм, що займають молекули відповідно. Рівняння Ван-дер-Ваальса дає задовільні результати, котрі збігаються з реальними даними, для газів із малою густиною, але для важких вуглеводнів дають похибку 5 – 10 % залежно від величини тиску і температури. Крім того, рівняння (44) не можна використовувати для двофазного стану робочого тіла.
Найбільш точним для водяної пари є рівняння Вукаловича – Новикова, яке було покладено в основу розрахунку термодинамічних таблиць і діаграм водяної пари [1].
Найбільші відмінності властивостей ідеального й реального газів мають місце при критичних параметрах газу (TК, PК, υК). Ця точка є верхньою межею двофазного стану робочого тіла. У ній буде максимально можлива температура рідкої фази та її насиченої пари. При перевищенні цієї температури можливе існування тільки перегрітої пари. В таблиці наведені величини критичних параметрів деяких газів і парів.
Таблиця 8
Критичні параметри та параметри насичення [2]
|
№ з/п |
Назва речовини |
Температура, ТК |
Тиск, Рк МПа |
Zкр |
Параметри насичення | ||
|
0К |
0С |
Темпера –тура, 0С ТН |
Тиск Рн, МПа (абс) | ||||
|
1 |
Водяна пара |
647,3 |
374,3 |
22,1 |
4,1 |
100 |
0,101 |
|
2 |
Метан |
190,7 |
–82,3 |
4,5 |
3,5 |
–161 |
0,101 |
|
3 |
Кисень |
154,3 |
–118,7 |
48,7 |
3,3 |
–181 |
0,12 |
|
4 |
Діоксид вуглецю |
134,4 |
–138,6 |
3,39 |
3,56 |
–70 |
0,12 |
|
5 |
Етан |
306 |
33 |
4,9 |
– |
–50 |
0,553 |
|
6 |
Пропан |
370 |
97 |
4,3 |
– |
–40 |
0,109 |
|
7 |
Бутан |
425 |
152 |
3,6 |
– |
0 |
0,102 |
|
8 |
Нафтопродукти: d1515=0,8 d1515=0,9 |
543 |
270 |
3,5 |
– |
100…400 |
0,101 |
|
573 |
300 |
4,0 |
– |
– |
– | ||