Уравнения состояния газов

Основным уравнением состояния идеальных газов, связывающим термодинамические параметры, является уравнение Клапейрона:

или ,

где R – газовая постоянная, Дж/(кг К);

µ - молекулярная масса вещества.

Последнее уравнение применимо для иднальных газов, когда:

- силы сцепления между молекулами отсутствуют;

- молекулы рассматриваются как материальные точки приложения сил, создающих движение молекул;

- молекулы совершают только поступательные движения.

Для реальных газов используется уравнение Ван-дер-Ваальса:

,

где а - постоянный коэффициент, учитывающий межмолекулярные силы;

b - собственный объем молекул.

Известны и другие уравнения состояния реальных газов, которые могут быть более точными в определенных пределах.

Любое вещество может находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. Переход из одной фазы в другую связан с изменениями параметров при подводе или отводе тепла. Процесс перехода воды из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием, а обратный процесс конденсацией.

На рис.3.1 показаны линии постоянных температур и линия насыщения; области жидкого, пароводяного и парового состояния выделены различным цветом. На рисунке представлена критическая точка К.

Параметры критической точки:

давление - 22,115 МПа; температура – 374,12 ⁰С; удельный объем – 0,003147 м³/кг;

удельная энтальпия – 2095,2 кДж/кг; удельная энтропия – 4,4237 кДж/кг.

На рис.3.1. на диаграмме pv показаны фазовые состояния воды, пароводяной смеси и острого пара, критическая точка К, линия насыщения ОКВ. Линия ОК является линией насыщения воды, а КВ – линией сухого насыщенного пара.

Для большинства случаев реальных газов можно применять уравнение Клапейрона. Уравнение Ван-дер Вальса описывает свойства паров приблизительно особенно в области близкой к критической точке. Поэтому для определения свойств газов в этой области рекомендуется использовать табличные данные и эмпирические зависимости. В энергетике известны таблицы воды и водяного пара [2].