|
В данном документе используется система СИ единиц.
Плотность потока газа
Плотность газа определяется по формуле:
p = (3,483407xGxP)/(ZxT) [1]
где:
G - удельная масса газа определяемая как отношение молекулярного веса газа к молекулярному весу воздуха [2]
P – абсолютное давление (кПа), которое определяется как сумма давления в линии и местного барометрического давления
Z – коэффициент сжимаемости газа
T – абсолютная температура (ºK), которая равна температуре в линии плюс 273,15ºC
Молекулярная масса воздуха 28,9625, молекулярную массу любого газа можно взять из справочников.
Коэффициент сжимаемости для любого газа можно рассчитать с использованием различных методов или взять из стандартных справочников.
Плотность газов
Плотность газа определяют по уравнению, приведенному выше но при нормальных температуре и давлении (NTP). Под нормальной температурой понимают значение температуры равное 0ºC. Под нормальным давлением понимают давление равное 101,325 кПа.
Объемный и массовый расход газа
Под объемным расходом понимают скорость потока, выраженную в единицах объема в минуту. Под массовым расходом понимают скорость потока, выраженную в единицах массы (например, в килограммах в минуту). Эти единицы расхода не связаны друг с другом в уравнении сохранения массы.
Qf*pf=Qb*pb [3]
Q - объемный расход;
p – плотность;
Суффиксы f и b относятся к условиям потока и базовым соотвественно.
Размерность произведения Qf*pf
(м.куб./час)*(кг/м.куб) = кг/час
Преобразования между базовыми единицами и единицами потока
С помощью уравнения сохранения массы, приведенного выше, можно легко конвертировать единицы расхода в базовые единицы. Следующий пример приведен для иллюстрации.
Пример
Углекислый газ течет через трубу со скоростью 100 м.куб в час. Давление в линии 400 кПа. Температура в линии 20ºC. Установка расположена на уровне моря.
Найти: расход в нормальных метрах кубических в час.
Согласно справочнику молекулярный вес воздуха 28,9625, а для диоксида углерода 44,01. Давление на уровне моря 101,325 кПа абс.
Из уравнения 2 получаем, что плотность углекислого газа:
44,01/28,9625 = 1,519
Абсолютное давление: 400+101,325 = 501,325 КПа
Абсолютная температура: 20 + 273,15 = 293,15
Сжимаемость при давлении меньше 1000 КПа можно приравнять 1.
Подставляя полученные значения в уравнение 1 получаем:
p = (3,483407х1,519х501,325)/293,15 = 9,049 кг/м.куб.
Нормальные условия предполагают давление 101,325 и температуру 0ºC. Что бы найти плотность двуокиси углерода при этих условиях подставим их значения в уравнение 1. В результате получим 1,96 кг/м.куб.
Подставив полученные результаты в уравнение сохранения массы, мы получим следующее:
Qf*pf=Qb*pb
100*9,049=Qb*1,96
Из этого соотношения получаем:
Qb=(100*9,049)/1,96=461,69 нормальных метров кубических в час
Молекулярная масса газовой смеси
При расчетах параметров для смесей газа нет доступных таблиц для получения справочных данных. При этом проводят расчет молекулярной массы с помощью процедуры приведенной ниже.
Пример
Рассчитать молекулярный вес для смеси из следующих газов:
Водород 10%
Азот 20%
Двуокись углерода 30%
Кислород 40%
| Газ |
Доля газа |
Молекулярный вес газа |
Доля газа * Молекулярный вес газа |
| Водород |
0,1 |
2,016 |
0,2016 |
| Азот |
0,2 |
28,013 |
5,6026 |
| Двуокись углерода |
0,3 |
44,01 |
13,203 |
| Кислород |
0,4 |
31,9998 |
12,7992 |
|
|
Сумма молекулярных весов |
31,8064 |
|
|
|
|
Удельная теплоемкость газа (Cp)
Иногда необходимо рассчитать содержание тепла в потоке газа. Для этого необходима информация об удельной теплоемкости. Эти данные легко получить из справочников по газам. Теплоемкость измеряется в Дж на кг ºC.
Теплоемкость газового потока определяется по формуле:
Теплоемкость = Масс х Удельную теплоемкость х Температуру
Размерность: Теплоемкость = (Кг*Дж*ºC)/(Кг*ºC) = Дж
Удельная теплоемкость газовой смеси (Cp mix)
Для расчета удельной теплоемкости газовой смеси используют следующий способ:
Cp mix = (процентное содержание газа 1 в смеси * Удельную теплоемкость газа 1) + (процентное содержание газа 2 в смеси * Удельную теплоемкость газа 2) + …
В качестве единиц размерности обычно используют КДж.
Пример
Рассчитать удельную теплоемкость смеси газов приведенной выше
Cp Водорода = 29.51 КДж/Кг ºC
Cp Азота = 29.26 КДж/Кг ºC
Cp Двуокиси углерода = 36.78 КДж/Кг ºC
Cp Кислорода = 29.43 КДж/Кг ºC
Cp смеси = (0.1 x 29.51) + (0.2 x 29.26) + (0.3 x 36.78) + (0.4 x 29.43) = 31.61 КДж/Кг ºC
|
