Файл: Колоколов А.А. Двигатели внутреннего сгорания изотермического подвижного состава учебник.pdf

Сравнивая выражения (2) и (3), видим, что р — — , т. е. удельный

"уд

объем и удельная масса есть величины взаимно обратные. Так, напри­ мер, удельная масса сухого воздуха при t = 0° С и р = 760 мм рт. ст. р = 1,293 кг/м3. Следовательно, удельный объем воздуха при этих физических условиях

Очень часто количество газа выражают не массой, а объемом. Но объем одной и той же массы газа будет различным в зависимости от давления и температуры. Поэтому в случае выражения количества газа через объем необходимо оговаривать температуру и давление, при которых указывается этот объем. Такой объем называется при­ веденным к данному давлению и температуре. В практике чаще всего объем газообразных тел дается при давлении 1 физической атмосферы и температуре 0° С. Эти условия называются нормальными физи­ ческими.

§ 2. Уравнение состояния газа

Все газы, реально существующие в природе, представляют собой перегретые пары соответствующих жидкостей. По мере понижения температуры и увеличения давления реальный газ переходит в жидкое состояние — конденсируется. Например, кислород при абсолютном

при каких давлениях и температуре, называются идеальными. Таких газов в природе не существует, тем не менее большинство реальных газов при температуре, значительно превышающей критическую, по своим свойствам мало отличается от идеальных. Это позволяет поль­ зоваться для большинства реальных газов закономерностями идеаль­ ных газов.

Основными законами идеальных газов, известными из физики, являются законы Гей — Люссака и Бойля — Мариотта. Как след­ ствие, вытекающее из закона Гей — Люссака, получается, что при

9

газов, получаем, что при изменении всех трех параметров р, V и t будет сохраняться зависимость ^ — const. Очевидно, что величина

этой константы зависит от взятого количества газа. Если условиться, что газ взят в количестве 1 кг, то зависимость принимает вид

Следует обратить внимание, что газовая постоянная R не является величиной безразмерной. Физический смысл газовой постоянной — это работа, совершаемая 1 кг данного газа при нагревании его на 1° С при неизменном давлении, о чем более подробно сказано в п. 7.

ряда важнейших выводов и заключений технической термодинамики и используется в практике расчетов, связанных с реальными газами, находящимися в состояниях, удаленных отточки сжижения (в том чис­ ле с газообразными телами, участвующими в работе двигателей внут­ реннего сгорания).

Численная величина газовой постоянной определяется из формулы

Величину газовой постоянной R однородного газа можно также определить по его молекулярной массе. Киломоль — количество газа, масса которого, выраженная в килограммах, численно равна его моле­ кулярной массе \i. На основании закона Авогадро объемы киломолей всех газов при одинаковых физических условиях равны между собой. При нормальных физических условиях объем моля всех газов VM

= 22,4 м3/моль. На основании этого в уравнении (5) величины полу­ чают следующие численные значения:

р = 1,013 • 105 н/м2; V = VM = 22,4 мя/моль; G = \i кг/моль; Т = 273°К.

10

Пользуясь уравнением состояния (5), находим массу кислорода:

pV 153-105-35-Ю-3 = 6,9 кг. ЯоЛ" 260-298

Для определения нормального объема находим удельную массу кислорода при нормальных физических условиях исходя из формулы (6)

§3. Газовые смеси

Втеплотехнической практике чаще всего приходится иметь дело не с однородным газом, а с разнообразными смесями (воздух, продукты сгорания топлива, газовое топливо и т. п.).

По закону Дальтона каждый газ, входящий в состав смеси, имеет

свое собственное, частичное или п а р ц и а л ь н о е давление, так что общее давление смеси складывается из парциальных давлений

11

Состав смеси может быть охарактеризован массовыми или объемны­

Складывая левые и правые части этих уравнений и беря общие мно­ жители V и Т за скобки, получим

V (Pl + р2 + р3 + ...) = ( G + G2R2 + GSR3 + ...)Г.

На основе закона Дальтона (8) левая часть равенства может рассмат­ риваться как произведение объема смеси на ее давление, что в свою очередь может быть заменено выражением GRT для смеси. Тогда по­ лучаем

GRT = (G1R1 + G2R2 + G3R3'+ ...) Т,

откуда после сокращения Т, перенесения G в правую часть и замены газовых постоянных отдельных газов их выражениями по формуле

Если формулу (7) газовой постоянной однородного газа предста­

12