Термодинамические параметры состояния газа

Индивидуальные газы, находящиеся в термодинамическом равновесии, характеризуются определенными физическими величинами – равновесными параметрами состояния.

В термодинамике существует подразделение равновесных параметров на термические (давление, температура, объем, термические коэффициенты) и калорические параметры (внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, удельная теплоемкость и т.д.).

Для выражения значений термодинамических величин различают: удельные величины, отнесенные к 1 вещества; объемные величины, отнесенные к 1 вещества; молярные величины, отнесенные к 1 вещества.

Из многочисленных термодинамических величин для решения большинства задач при тепловых расчетах достаточно ограничится следующими термодинамическими и калорическими параметрами:

– термодинамическая температура в ;

– абсолютное давление в ;

- удельный объем в ;

- плотность в ;

- фактор сжимаемости;

- удельная изохорная теплоемкость в ;

- удельная изобарная теплоемкость в ;

- динамический коэффициент вязкости в ;

- кинематический коэффициент вязкости в ;

- коэффициент теплопроводности в ;

- коэффициент температуропроводности в ;

- число Прандтля;

- показатель адиабаты;

- скорость звука в газе в .

Термические параметры – температура и давление обычно принимаются в качестве задаваемых при проведении расчетов, а остальные параметры – в качестве определяемых теплофизических характеристик конкретного газа.

Для описания - свойств реальных газов предложено много модификаций уравнения состояния идеального газа. Наиболее важным из известных уравнений, имеющим строгое теоретическое обоснование связи с межмолекулярными силами, является вириальное уравнение состояния. Это уравнение выражает отклонения от уравнения состояния идеального газа в виде степенного ряда по плотности [16].

, (1)

где - второй, третий, четвертый и пятый приведенные

вириальные коэффициенты соответственно;

- объем, занимаемый газом, в ;

- масса газа в .

- газовая постоянная в .

Вириальные коэффициенты зависят от температуры и природы рассматриваемого газа, причем каждый вириальный коэффициент можно вполне интерпретировать на основании молекулярных свойств. Так второй вириальный коэффициент учитывает отклонения от уравнения состояния идеального газа, обусловленные взаимодействием двух молекул, третий – взаимодействием трех молекул и т. д.

В справочнике [17] приведены таблицы теплофизических свойств (термические и калорические параметры) наиболее важных одно-, двух- и многоатомных газов, рассчитанных по соответствующим уравнениям с использованием уравнения состояния (1).

Формулы взаимосвязи некоторых теплофизических характеристик:

;

;

;

;