Файл: Литвиненко, П. А. Слесарь по обслуживанию газового оборудования промышленных предприятий учеб. пособие.pdf

§ 12. Основные способы передачи тепла

жидкого или газообразного вещества. Конвекция может быть есте­ ственной и искусственной.

Т е п л о п р о в о д н о с т ь — молекулярный процесс передачи тепла внутри тела от наиболее нагретых частиц к менее нагретым. Она неодинакова. Теплопроводность накипи в 50 раз меньше тепло­ проводности стали, а теплопроводность сажи в несколько сот раз меньше теплопроводности стали. Поэтому во избежание аварии, перерасхода топлива и снижения выработки котлом горячей воды или пара необходимо содержать стенки котлов в чистоте. Для луч­ шего использования тепла питательную воду предварительно очи­ щают от солей и примесей, а газовую поверхность котельного агре­ гата обдувают паром или сжатым воздухом от налетов золы и сажи и очищают от шлама. Если необходимо ослабить интенсивность пере­ дачи тепла, применяют теплоизоляционные материалы. Паропро­ воды, баки для питательной воды покрывают снаружи тепловой изо­ ляцией.

Р а д и а ц и я , или прямая отдача, — это передача тепла луче­ испусканием. В котельных агрегатах теплообмен излучением имеет большое значение. Так, поверхность нагрева в топочной камере агрегата получает большое количество тепла излучением от раска­ ленного слоя топлива, твердых взвешенных частиц (летучей золы, сажи и горящей угольной пыли при пылевидном методе сжигания) и непрозрачных газов (сернистого и углекислого газов и водяных паров).

§ 13. Основные законы газового состояния

Большинство законов газового состояния веществ относится к так называемым идеальным газам, т. е. газам, молекулярные силы которых равны нулю, а объем самих молекул бесконечно мал по сравнению с объемом межмолекулярного пространства. Давление газа, помещенного в сосуд постоянного объема (например, в баллон), от нагревания будет повышаться, а от охлаждения — понижаться. Французский ученый Шарль в 1787 г. установил, что при постоян­ ном объеме абсолютные давления неизменной массы газа прямо про­ порциональны его абсолютным температурам

(13)

Р у Т у

где Ру, Р 2 — абсолютные давления в кгс/см2; Ту, Т 2 — абсолютные температуры газа в К.

27

Независимо один от другого, английский ученый Роберт Бойль в 1662 г. и французский физик Эдм Мариотт в 1676 г. установили,

что при постоянной температуре объемы одной и той же массы газа

Этот закон называется законом Бойля — Мариотта. Из формулы

т. е. при постоянной температуре произведение давления идеального газа на его объем есть величина постоянная.

Французский физик и химик Жозеф Луи Гей-Люссак в 1802 г. установил зависимость между температурой газа и его давлением или объемом. Опыты показывают, что при нагревании газа на 1° С под постоянным давлением объем массы газа увеличивается на по­

Закон Гей-Люссака можно сформулировать так: при постоянном давлении объемы одной и той же массы газа прямо пропорциональны

В общем случае, когда изменяют температуру, давление и объем газа, применяют объединенный закон Бойля — Мариотта и ГейЛюссака

Законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака могут быть объеди­ нены в одно общее математическое уравнение идеального газа, свя­ зывающего три величины: объем, давление и температуру газа- (уравнение Менделеева — Клапейрона). Это уравнение имеет вид

В таком виде уравнение называется уравнением Клапейрона. Если взять 1 г-моль газа, то Ѵ0 = 22,4 л, таким образом газовая постоянная 1 г-моль для всех газов будет одинаковой, и она назы­

28

Откуда

где М — молекулярная масса газа.

Согласно уравнению состояния идеального газа универсальная газовая постоянная для 1 моля может быть выражена

Итальянский физик Амадео Авогадро в 1811 г. высказал гипо­ тезу, что в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул.

Экспериментально установлено, что при р — 760 мм рт. ст. и t =

— 0° С, грамм-молекулы различных газов занимают объем, равный 22,414 л (округлено 22,4 л). Этот объем называют молярным, или грамм-молекулярным (число Авогадро).

§ 15. Критические и приведенные параметры

Температуру, выше которой данный газ не может быть приведен

в жидкое состояние любым повышением давления, называют к р и ­

ти ч е с к о й . Давление, необходимое для сжижения газа при этой температуре, называют к р и т и ч е с к и м . Для некоторых горю­ чих газов значения критического давления приведены в табл. 8.

влению, критической температуре и критическому объему, также называют к р и т и ч е с к и м . Критические параметры газовой смеси подсчитывают по правилу смешения. Например, критическую температуру газовой смеси можно определить по уравнению

29

30

где Fi, F 2, . . Vn — объемные или массовые концентрации ком­ понентов газовой смеси в долях единицы; Гкрі, ТкРг, . . ., Гк —

критические температуры компонентов, входящих в газовую смесь. Так определяют и другие критические параметры. Подсчитанные по правилам смешения критические параметры

Приведенной температурой называют отношение абсолютной тем­ пературы газа к критической

Экспериментально установлено, что все газы при одинаковых да­ влениях и температурах имеют одинаковый объем. Эта закономер­ ность называется законом соответственных состояний.

§ 16. Отклонение законов реальных газов от законов идеальных газов

Из многих попыток дать поправки к законам газового состоя­ ния реальных газов наибольшее распространение получило уравне­ ние Ван-дер-Ваальса (1873 г.)

правка на объем, которая при допущении шарообразности молекул равна учетверенному объему самих молекул.

Уравнение (28) неприменимо к бутану, пропану и их смесям, и пользоваться им при термодинамических расчетах трудно. Удоб­ нее применять уравнение состояния идеального газа, введя в него эмпирическую безразмерную поправку: pV=zRT, откуда

Безразмерный поправочный коэффициент называют коэффициентом сжимаемости газов.

31