2.4. Объем, масса, плотность, удельный объем
Зависимость между объемом при нормальных и стандартных условиях:
Vo = V [273/(273 + t)][(Рб + ри)/101,3] = 2,695V (рабс/T)
V20 = V0 (273 + 20)/273 = 1,073 V0
где V — объем газа, м3, измеренный при рабочих условиях; V0 — то же, м3, при нормальных условиях; V20 — то же, м3, при t = 20С и р = 101,3 кПа.
Любой газ способен неограниченно расширяться. Следовательно, знание объема, который занимает газ, недостаточно для определения его массы, так как в любом объеме, целиком заполненном газом, его масса может быть различной.
Масса —мера вещества какого-либо тела (жидкости, газа) в состоянии покоя; скалярная величина, характеризующая инерционные и гравитационные свойства тела. Единица массы в СИ —килограмм (кг).
Плотность , или масса единицы объема, обозначаемая буквой ρ, —отношение массы тела m, кг, к его объему, V, м3
р = m/V
или с учетом химической формулы газа:
р = m/Vм = М/22,4
Зная состав газовой смеси и плотность ее компонентов, определяем по правилу смешения среднюю плотность смеси:
Рсм =(P1V1 + P2V2 + ... + PnVn)/100
где P1, P2...Pn — плотность компонентов газового топлива, кг/м3; V1, V2...Vn — содержание компонентов, объем в %.
Величину, обратную плотности, называют удельным, или массовым,объемом Vуд и измеряют в кубических метрах на килограмм (м3/кг). В практике часто, чтобы показать, на сколько 1 м3 газа легче или тяжелее 1 м3 воздуха, пользуются понятием относительная плотность d —отношение плотности газа к плотности воздуха:
d = р/1,293 или d = М/(22,4х1,293)
Таблица 2.3. Основные характеристики некоторых газов, входящих в состав углеводородных газов, и их продуктов сгорания.
| Показатель | Азот | Воздух | Водяной пар | Диоксид углерода | Кислород | Водород | Оксид углерода | Метан |
| Химическая формула | N2 | – | H2O | CO2 | O2 | H2 | CO | CH4 |
| Молекулярная масса М | 28,013 | 28,960 | 18,016 | 44,011 | 32,000 | 2,016 | 28,011 | 16,043 |
| Молярный объем VM, м3/кмоль | 22,395 | 22,398 | 22,405 | 22,262 | 22,393 | 22,425 | 22,400 | 22,38 |
| Плотность газовой фазы, кг/м3; | ||||||||
| при 0°С и 101,3 кПа ρП0 | 1,251 | 1,293 | 0,804 | 1,977 | 1,429 | 0,090 | 1,250 | 0,717 |
| при 20°С и 101,3 кПа ρП20 | 1,166 | 1,205 | 0,750 | 1,842 | 1,331 | 0,0837 | 1,165 | 0,668 |
| Плотность жидкой фазы, кг/м3, при 0 °С и 101,3 кПа ρЖо | – | – | – | – | – | – | – | 0,416 |
| Относительная плотность газа dn | 0,9675 | 1,000 | 0,6219 | 1,529 | 1,105 | 0,0695 | 0,9667 | 0,5544 |
| Удельная газовая постоянная R, Дж/(кг•К) | 296,65 | 281,53 | 452,57 | 185,26 | 259,7 | 4122,2 | 291,1 | 518,04 |
| Температура, °С, при 101,3 кПа: | ||||||||
| кипения tкиn | -195,8 | -195 | 100 | -78,5 | -183 | -253 | -192 | -161 |
| плавления tпл | -210 | -213 | 0 | -56,5 | -219 | -259 | -205 | -182,5 |
| Температура критическая tкрит, °C | -146,8 | -139,2 | 374,3 | 31,84 | -118,4 | -240,2 | -140 | -82,5 |
| Давление критическое ркр, МПа | 3,35 | 3,84 | 22,56 | 7,53 | 5,01 | 1,28 | 3,45 | 4,58 |
| Теплота плавления Qпл, кДж/кг | 25,62 | – | – | 190,26 | 13,86 | 173,40 | 33,60 | 255,80 |
| Теплота сгорания, МДж/м3: | ||||||||
| высшая Qв | – | – | – | – | – | 12,80 | 12,68 | 39,93 |
| низшая Qн | – | – | – | – | – | 10,83 | 12,68 | 35,76 |
| Теплота сгорания, МДж/кг: | ||||||||
| высшая Qв | – | – | – | – | – | 141,90 | 10,09 | 55,56 |
| низшая Qн | – | – | – | – | – | 120,10 | 10,09 | 50,08 |
| Число Воббе, МДж/м3; | ||||||||
| высшее WoB | – | – | – | – | – | 48,49 | 12,90 | 53,30 |
| низшее WoH | – | – | – | – | – | 41,03 | 12,9 | 48,23 |
| Удельная теплоемкость газа сг, кДж/(кг•°С), при О °С и: | ||||||||
| постоянном давлении ср | 1,042 | 1,008 | 1,865 | 0,819 | 0,920 | 14,238 | 1,042 | 2,171 |
| постоянном объеме сV | 0,743 | 0,718 | 1,403 | 0,630 | 0,655 | 10,097 | 0,743 | 1,655 |
| Удельная теплоемкость жидкой фазы сж, кДж/(кг•°С), при 0°С и 101,3 кПа | – | – | – | – | – | – | – | 3,461 |
| Показатель адиабаты χ, К, при 0°С и 101,3 кПа | 1,401 | 1,404 | 1,330 | 1,310 | 1,404 | 1,410 | 1,401 | 1,320 |
| Теоретически необходимое количество воздуха для горения Lт.в, м3/м3 | – | – | – | – | – | 2,38 | 2,38 | 9,52 |
| Теоретически необходимое количество кислорода для горения Lт.к, м3/м3 | – | – | – | – | – | 0,5 | 0,5 | 2,0 |
| Объем влажных продуктов сгорания, м3/м3, при α = 1; | ||||||||
| CO2 | – | – | – | – | – | – | 1,0 | 1,0 |
| H2O | – | – | – | – | – | 1,0 | – | 2,0 |
| N2 | – | – | – | – | – | 1,88 | 1,88 | 7,52 |
| Всего | – | – | – | – | – | 2,88 | 2,88 | 10,52 |
| Скрытая теплота испарения при 101,3 кПа: | ||||||||
| кДж/кг | – | – | – | – | – | – | – | 512,4 |
| кДж/л | – | |||||||
| Объем паров с 1 кг сжиженных газов при нормальных условиях Vп, м3 | – | |||||||
| Объем паров с 1 л сжиженных газов при нормальных условиях Vп, м3 | – | |||||||
| Динамическая вязкость μ: | ||||||||
| паровой фазы, 107 Н•с/м2 | 165,92 | 171,79 | 90,36 | 138,10 | 192,67 | 83,40 | 166,04 | 102,99 |
| жидкой фазы, 106 Н•с/м2 | – | 66,64 | ||||||
| Кинематическая вязкость ν, 106 м2/с | 13,55 | 13,56 | 14,80 | 7,10 | 13,73 | 93,80 | 13,55 | 14,71 |
| Растворимость газа в воде, см3/см3, при 0 °С и 101,3 кПа | 0,024 | 0,029 | – | 1,713 | 0,049 | 0,021 | 0,035 | 0,056 |
| Температура воспламенения, tBC, °C | – | 410–590 | 610–658 | 545–800 | ||||
| Жаропроизводительность tж, °C | – | 2210 | 2370 | 2045 | ||||
| Пределы воспламеняемости газов в смеси с воздухом при 0°С и 101,3 кПа, об. %: | ||||||||
| нижний | – | 4,0 | 12,5 | 5,0 | ||||
| верхний | – | 75,0 | 74,0 | 15,0 | ||||
| Содержание в смеси, об. %, с максимальной скоростью распространения пламени | – | 38,5 | 45,0 | 9,8 | ||||
| Максимальная скорость распространения пламени vmax, м/с, в трубе D=25,4 мм | – | 4,83 | 1,25 | 0,67 | ||||
| Коэффициент теплопроводности компонентов при 0°С и 101,3 кПа, Вт/(м•К): | ||||||||
| парообразных λп | 0,0243 | 0,0244 | 0,2373 | 0,0147 | 0,0247 | 0,1721 | 0,0233 | 0,0320 |
| жидких λж | – | 0,306 | ||||||
| Отношение объема газа к объему жидкости при температуре кипения и давлении 101,3 кПа | – | 580 | ||||||
| Октановое число | – | 110 | ||||||
Примечания:
1. Число Воббе — отношение теплоты сгорания газа к квадратному корню относительной плотности при стандартных условиях, характеризующее постоянство теплового потока, получаемого при сжигании газа.
2. Показатель адиабаты — отношение теплоемкостей газа соответственно при постоянном давлении и постоянном объеме.
3. Вязкость (внутреннее трение) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Различают динамическую (единицы измерения: пуаз, Па*с) и кинематическую вязкости (единицы измерения: стокс, м2/с). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества.
4. Жаропроизводительность — максимальная температура, которая может быть получена при полном сгорании газа в теоретически необходимом объеме сухого воздуха при температуре 0°С и отсутствии потерь тепла.
