Силу подсознания трудно переоценить. В этом единодушны и учёные, и мистики. Подсознание — это волшебная палочка, которая есть у каждого из нас.

У каждого из нас есть определённые проблемы, с которыми очень трудно справиться. То не хватает времени, то нет достаточных знаний. В такой ситуации самое лучшее — обратиться к подсознанию, ведь там хранятся ключи от всех тайн и дремлют неистощимые запасы энергии.

Итак, к практике!Как запрограммировать себя на счастье ?

Когда Вы уже закончили свой день, отдали гражданский, супружеский и родительский долг, но ещё не заснули, у Вас есть шанс уделить несколько минут и себе. Простите мне мою иронию, но большинство людей действительно живут именно так.

Предупредите близких, чтоб Вас не беспокоили. Лягте в постель, постель должна быть удобной, одеяло не слишком жарким, подушка не высокой.

Ложитесь на спину. Закрываете глаза. Ваша задача полностью расслабить своё тело. Начинаем с глаз. Вы говорите себе: «Мои глаза закрыты. Веки тяжёлые. Глазные яблоки расслаблены. Все мышцы глаза полностью расслаблены».
Теперь переходим к пальцам ног. Так же детально и медленно расслабляем пальцы ног, все мышцы и суставы стопы. Далее переходим к мышцам голени, коленному суставу, мышцам бедра и т.д.

Время от времени возвращаемся к глазам и добавляем им порцию расслабления. Для усиления эффекта можно использовать фразу: «Я расслабляюсь всё сильней с каждым выдохом».

Мысленно двигаясь снизу вверх, расслабляем всё тело. Особо стоит задержаться на мышцах лица и расслаблении всего позвоночника.

Когда Вы закончите с расслаблением тела приходит время более глубокого погружения в тишину, для этого мысленно начинаем вести обратный счёт от 100 к 1.

Дойдя до единицы, Вы почувствуете, что пошевелить телом нет никакой возможности. Не пугайтесь, это означает, что у Вас всё получилось. То, что Вы испытываете, у индийских йогов называется « поза трупа». Полное расслабление, Вы фактически имеете не спящее сознание внутри спящего тела.

Сейчас Вы хозяин ситуации. Время отдавать приказы и инструкции своему телу и увидите, все эти приказы будут выполнены точно и в срок.

Например, Вас замучило выпадение волос. В этом случае Вы говорите себе: «Мои волосы становятся сильными, здоровыми и быстро растут. Я чувствую, как корни моих волос становятся сильными. Теперь они будут становиться здоровей с каждым днём».

Работаете в этой теме пока не почувствуете некое движение в коже головы. Это означает, что процесс оздоровления включился.

Так же можно избавиться от морщин на лице, лишнего веса, нервозности.

Какой бы ни был Ваш приказ, тело выполнит его. Оно будет искать все способы для этого. Возможно, у Вас появятся новые привычки или пристрастия в еде и общении. Но если Вашим волосам необходимо оливковое масло, Ваше подсознание найдёт способ подтолкнуть Вас к этому.

В конце не забудьте сказать себе: «Утром я проснусь бодрым, полным сил! А сейчас мне приснится удивительный сладкий сон!» Теперь занимайте удобную позицию и засыпайте.

Уверяю Вас, пережив это однажды, Вам захочется повторять это каждую ночь. А эффект не заставит себя долго ждать. Удачи!

Для проведения термодинамических расчетов систем с газовыми смесями или растворами необходимо знать их состав. Состав смеси может быть задан:

Массовыми долями , где

- молярная массаi -го компонента, кг/моль;M i – относительная молекулярная массаi -го компонента;n i – количествоi -го вещества, моль;

для каждой фазы
;

Молярными долями
, где
- количество вещества смеси, моль; для каждой фазы сумма молярных долей компонентов смеси
;

Объемными долями, которые равны молярным долям
, где
- объемi -го компонента смеси, который при температуре и давлении смеси газов называется приведенным объемом;
, м 3 /моль – молярный объемi-го компонента смеси. В соответствии с законом Авагадро молярные объемы всех компонентов смеси газов равны и
, где
. Сумма приведенных объемов компонентов смеси газов равна объему смеси (закон Амага), т.е.
.

Состав смеси идеальных газов может быть также задан парциальными давлениями р i , массовыми концентрациямии молярными концентрациями
.

При задании состава растворов пользуются массовыми и молярными концентрациями.

Парциальное давление р i – это давлениеi -го компонента газовой смеси при условии, что он занимает весь объем, предназначенный для смеси, при температуре смеси.

3.2. Соотношения для смесей идеальных газов. Закон Дальтона

Средняя молярная масса смеси газов определяется выражением
, кг/моль, где
- масса смеси;
- количество вещества смеси. Тогда

.

Удельная газовая постоянная смеси газов

, Дж/(кгК),

где
Дж/(мольК) – молярная газовая постоянная;- молярная масса смеси.

Закон Дальтона:

, Па,

т.е. сумма парциальных давлений отдельных газов, входящих в смесь, равна полному давлению смеси. Таким образом, каждый газ в сосуде занимает весь объем при температуре смеси, находясь под собственным парциальным давлением.

Уравнение состояния для смеси идеальных газов имеет вид:

.

Для парциального давления и для приведенного объема i - го компонента смеси уравнения состояния имеют вид:

Тогда, разделив эти уравнения почленно первое на второе, имеем

.

Разделив уравнение
на уравнение
почленно, получим:

.

Глава 4. Теплоемкость

4.1. Виды теплоемкости

Теплоемкость – это свойство тел поглощать и выделять теплоту при изменении температуры на один градус в различных термодинамических процессах. Различают общую среднюю и общую истинную теплоемкости.

Общая средняя теплоемкость термодинамического процесса (ТП) – это теплоемкость тела массой m, кг за конечный отрезок ТП:

,[Дж/К].

Общая истинная теплоемкость ТП – это теплоемкость тела массой m , кг в каждый данный момент ТП:

, [Дж/К].

Рассмотрим произвольный ТП 1-2 в координатах
, гдеQ – подведенная теплота в [Дж];t – температура в [ 0 C]. Тогда
,
.

Если ТС – однородное рабочее тело, то в расчетах применяются относительные теплоемкости:

Удельная теплоемкость – теплоемкость, отнесенная к 1 кг вещества с=С/ m , Дж/кгК;

Молярная теплоемкость – теплоемкость, отнесенная с 1 молю вещества
, Дж/мольК;

Объемная теплоемкость – теплоемкость, отнесенная к 1м 3 вещества
, Дж/м 3 К.

Теплоемкость – функция процесса и зависит от рода рабочего тела, характера процесса и параметров состояния. Так, теплоемкость в процессе с постоянным давлением называется изобарной теплоемкостью:

,

где H , Дж – энтальпия.

Теплоемкость в процессе с постоянным объемом называется изохорной теплоемкостью:

,

где U , Дж – внутренняя энергия.

Теплоемкость идеального газа не зависит от температуры и давления и зависит только от числа степеней свободы движения молекул и в соответствии с законом о равном распределении энергии по степеням свободы движения молекул теплоемкость:
, где
- вращательные степени свободы, равные для одноатомного газа нулю
, для двухатомного газа -
=2 и для трехатомных газов
=3;
Дж/мольК – молярная газовая постоянная. Теплоемкостьопределяется по уравнению Майера:

.

Для одноатомного газа
и
, для двухатомного газа
и
, для трех и более атомных газов
и
.

Теплоемкость реальных газов зависит от давления и температуры. В ряде случаев можно пренебречь влиянием давления на теплоемкость и принять, что теплоемкость реальных газов зависит только от температуры: C = f (t ). Эта зависимость определяется экспериментально.

Эмпирическая зависимость удельной истинной теплоемкости от температуры может быть представлена в виде многочлена:

где
при температуреt =0 0 C. Для двухатомных газов можно ограничиться двумя слагаемыми:
, или
, где
.

Для конечного участка процесса 1-2 количество теплоты равно:

Тогда средняя теплоемкость на этом участке процесса будет равна:

, Дж/кгК.

В области низких температур при Т <100К прекращается вращательное движение молекул и колебательное движение атомов, а при температуреТ →0К прекращается и поступательное движение молекул, т.е. приТ =0КС р = C v =0 и прекращается тепловое движение молекул (опытные данные Нернста и др., 1906-1912гг.). При температуреТ →0К свойства веществ перестают зависеть от температуры, как это иллюстрируется на приведенном графике зависимости теплоемкости от абсолютной температуры.

Этот закон показывает свойство аддитивности парциального объёма.

v см =Sv i

v i /v см =n i /N=y i

v i =y i ×v c м

Используются в расчётах газовых месторождений.

33. Уравнение состояния идеальных газов, коэффициент сверхсжимаемости

КОЭФФИЦИЕНТ СВЕРХСЖИМАЕМОСТИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

Газы - реальные и идеальные.

Идеальные газы – это когда пренебрегают взаимодействием молекул друг с другом.

Р – абсолютное давление (Па), V – объем (м 3), G – масса вещества (кг), Т – температура (К), R – универсальная газовая постоянная (кДж/К×кг).

(для идеального газа).

z - степень отклонения реального газа от идеального, или коэффициент сжимаемости реального газа.

34. Уравнение Ван-дер-Вальса и его физический смысл

Свойство идеальных газов заключается в том, что: Р×V/(G×R×Т)=1=z.

Новый введённый нами коэффициент z, который для идеальных газов равен 1, а для реальных газов отличен от неё, называется коэффициентом сверхсжимаемости .

z – коэффициент, с помощью которого свойства идеальных газов прилагаются к реальным. Он характеризует степень отклонения идеального газа от реального.

Были проведены различные попытки усовершенствования описания:

1) Уравнение Ван-дер-Ваальса:

(Р+а/v 2)(v-в)=R×Т ,

где v – удельный объём; в – поправка на объём молекул; а/v 2 =соnst – константа сцепления молекул.

Величина а/v 2 выражает внутреннее давление, которое является как бы равнодействующей силой притяжения всех молекул в объёме v.

При давлениях до 100 МПа, и температурах Т=150°С необходимо определить наиболее точное описание зависимостей. В рассмотрении этого вопроса наука пошла по двум направлениям:

1. введение коэффициента сверхсжимаемости z;

2. добавление в уравнение состояния дополнительных констант.

2) Любую экспериментальную зависимость можно описать с помощью полинома, поэтому был избран путь увеличения количества констант. Наиболее распространёнными оказались уравнения с пятью константами Битти-Бриджмена и восьмью константами Бенедикта-Вебба-Рубина. Все постоянные величины определяются методом наименьших квадратов.

35. Приведенные и критические параметры газов и их смесей

I. Введение z в уравнение состояния. На основе экспериментов выяснилось: если у нас приведённые параметры Р пр, Т пр одинаковы и находятся в соответствующих состояниях, то при этом такие термодинамические свойства, как коэффициент сверхсжимаемости, одинаковы для различных газов. Т.е. z=f(Р пр, Т пр).

Приведённые параметры идеальных компонентов – безразмерные величины, показывающие, во сколько раз действительные параметры состояния газов больше критических. Под параметрами понимаются: Р абс, Т, V и z.

Т пр =Т/Т кр; Р пр =Р/Р кр; z пр =z/z кр.

Приведённые параметры рассчитываются на основании критических параметров, отсюда рассмотрим вопрос определения критических параметров.

Р кр =Sу i ×Р крi ; Т кр =Sу i ×Т крi ; z кр =Sу i ×z крi

Зависимости приведённых параметров выглядят следующим образом: z Т пр

36 Зависимость коэффициента сверхсжимаемости природного газа от приведенного давления и температуры

Приведенный параметр – это безразмерная величина, показывающая, во сколько раз параметры P,V,r больше или меньше критических.

Реальные газы – смесь углеводородных и не углеводородных компонентов. Молекулы аргона, ксенона, криптона и метана имеют сферическую конфигурацию. Молекулы таких газов, как пропан и бутан, - несферическую, поэтому для учёта формы молекул был введён параметр – ацентрический фактор (w). Он показывает, что если молекула сферическая, то силы, которые на неё действуют – сферические, что указывает на симметрию сил. Если же молекулы не сферические, то возникает асимметрия действующих сил.

z=z(Р пр, Т пр, w)

z см =z 0 (Р пр, Т пр)+z 1 (Р пр, Т пр)×w см,

где z 0 – коэффициент сверхсжимаемости простого газа. Для простого газа молекулы сферические и w=0.

z 1 – поправка к коэффициенту сверхсжимаемости непростого газа, который зависит от Р пр, Т пр и w¹0.

w см – ацентрический фактор всей смеси, характеризуемой определёнными концентрациями:

w см =Sу i ×w i

Отсюда можно видеть, что ацентрический фактор смеси зависит от ацентричного фактора каждого компонента.

у i – молярная концентрация компонента.

37 Плотность природного газа и стабильного углеводородного конденсата

Для природного газа:

r Р, t =r Р0, t0 ×(Р×z 0 ×Т 0)/(Р 0 ×z×Т)

Для стабильного конденсата:

r(С 5+)=1.003×М к /(М к +44.29) [кг/см 3 ]

По коэффициенту преломления, определяемого на опыте, можно рассчитать:

1gМ к =1.939+0.0019×t к +1g(2.15 - n D),

где t к – температура кипения конденсата; n D – коэффициент преломления.

Эти коэффициенты носят эмпирический характер.

Но плотность стабильного конденсата можно вычислить и по иной формуле, а именно:

r к =Sх i ×М i /Sх i ×n i /r i ,

где х i – молярная доля i-ого компонента;

r i – плотность i-ого компонента;

М i – молекулярная масса.

________________________

Плотность газа. Чем больше в газе доля компонентов с высокой молекулярной массой, тем больше молекулярная масса газа, которая линейно связана с плотностью газа:

ρсм = Мсм/22,41

Обычно ρ находится в пределах 0,73 - 1 кг/м3. плотность индивидуальных компонентов углеводородных газов (и сероводорода), за исключением метана, больше 1.

Для характеристики плотности газа используют также ее отношение к плотности воздуха в тех же условиях (плотность воздуха при нормальных условиях составляет 1,293 кг/м3).

где - относительная плотность газа; ρсм, ρв – плотность газа и воздуха соответственно. Связь между плотностью газа и его молекулярной массой, давлением и температурой определяется законом состояния газов, который можно представить в виде:

38 Вязкость газа и газовых смесей

Вязкость газов. Вязкость газа зависит от его состава, давления и температу­ры. Вязкость газов обусловлена обменом количеством движения между слоями газа, движущимися с разными относительно друг друга скоростями. Этот обмен происходит за счет перехода мо­лекул из одного слоя в другой при их хаотическом движении. Так как крупные молекулы обладают меньшей длиной свобод­ного пробега (вероятность их столкновения между собой отно­сительно велика), то количество движения, переносимое ими из слоя в слой, меньше чем небольшими по размерам молекулами. Поэтому вязкость газов с увеличением их молекулярной массы как правило уменьшается.

С повышением температуры увеличивается скорость движения молекул и соответственно количество движения, переносимое ими из слоя в слой, поэтому при невысоких давлениях вязкость газа с повышением температуры возрастает. При высоких давлениях, когда расстояния между молекулами невелики, несколько меняется передача количества движения из слоя в слой. Она происходит главным образом как и у жидкостей за счет временного объединения молекул на границе слоев, движущихся с разными скоростями. Вероятность такого объединения с ростом температуры уменьшается. Поэтому при высоких давлениях с ростом температуры вязкость газов снижается.

С увеличением давления вязкость газов возрастает: при низких давлениях незначительно и более интенсивно в области высоких давлений.

Вязкость газа определяют экспериментально, измеряя скорость течения его в капиллярах, скорость падения шарика в газе, затухание вращательных колебаний диска и другими методами. Изменение вязкости при различных давлениях и температурах можно определять расчетным путем и по графикам в зависимости от приведенных давления и температуры.

Вязкость газа при низких давления и температурах близка вязкости идеального газа . Значит, можно воспользоваться кинематической теорией, записав уравнение для разреженного газа:

m=r×v×l/3,

где v – средняя скорость движения молекул; l - длина свободного пробега.

Согласно кинетической теории, вязкость зависит от давления и температуры:

С повышением давления плотность возрастает, но l снижается, следствием чего является возрастание вероятности соударения, средняя скорость движения при этом постоянна, и вязкость в начальный период практически постоянна (Dр<<).

С ростом температуры вязкость возрастает, т.к. увеличивается средняя скорость движения молекул, а плотность и длина свободного пробега практически не меняются.

В то же время из определения вязкости, силы, препятствующие перемещению одного слоя относительно другого должны меняться, а, значит, изменение вязкости носит сложный характер.

m Р mах

При малых давлениях m мало зависит от перепада давлений. С ростом давления и увеличением температуры вязкость газов (m) снижается.

Если у нас возрастает молекулярная масса газа, то вязкость увеличится соответственно.

Учёт наличия неуглеводородных газов, их влияние на вязкость проводится следующим образом:

m=у а ×m а +(1 – у а)×m у,

где у – молярная доля;

m а – вязкость неуглеводородного газа;

m у – вязкость углеводородного газа.

Зависимость m от молекулярной массы может быть графически изображена:

39. Зависимость вязкости газа от состава и термобарических условий

40 Изобарная молярная теплоемкость природных газов

Рассмотрим два основных термодинамических процесса: при постоянном давлении (изобарный) и при постоянном объёме (изохорный).

Для расчёта происходящих процессов в газах применяют понятия изобарной и изохорной удельных теплоёмкостей .

С р =(dQ/dТ) р

С v =(dQ/dТ)v

dQ=di - v×dр,

где i- энтальпия идеального газа.

di=dQ+v×dр=С р ×dТ+(v – Т×(dр/dТ) р)dv

При р=соnst: dQ=di=С р ×dТ Þ С р =(di/dТ) р

Т.о. С р зависит от температуры.

С ри =0.523×(8.36+0.008×t)m i 3/4 [кДж/(кмоль×К)]

Теплоёмкость реальных газов определяется по правилу аддитивности т.е.:

С рсм =Sу i ×С рi

Изобарная молярная теплоёмкость зависит от давления и температуры:

С р =С ри (t)+DС р (р,t),

где DСр – изотермическая поправка теплоёмкости на давление и температуру.

Т пр

Состояния углеводородных систем приобретают особую актуальность, т.к. находятся в области критических состояний, где имеют место фазовые превращения.

Все уравнения, полученные на основе эксперимента, носят полуэмпирический характер.

41 Зависимость изобарной молярной теплоемкости реал газов от давления и темп-ры

42 Уравнение состояния Пента-Робинсона

43 Уравнение Пента-Робинсона относительно коэф-та сверхсжимаемости

44 Использование ур Пента-Робинсона для описания отклонения тепло-физ свойств газов

Решение задач, относящихся к добыче, транспорту и переработке газа, связано с уравнением Пенга-Робинсона (1975 г.):

Р=R×Т/(v–в)=а(Т)/(v×(v+в)+в×(v-в)),

где а(Т), в – коэффициенты, определяющиеся критическими параметрами, причём а(Т) – некоторая функция.

v – молекулярный объём.

z 3 – (1 - В)×z 2 +(А - 3×В 2 - 2×В)×z – (А×В – В 2 – В 3)=0,

где А=а(Т)×Р/(R 2 ×Т 2),

В=в×Р/(R×Т)

Если смесь находится в двухфазном состоянии, то больший корень соответствует фазе пара, а меньший – жидкости.

В критических условиях z кр =соnst – величина постоянная - и z кр =0.307. Тогда:

а(Т кр)=0.45724×R 2 ×Т кр 2 /Р кр

в(Т кр)=0.0778×R×Т кр /Р кр

Если температура отлична от критической, то эти коэффициент зависят от Т кр:

а(Т)=а(Т кр)×a(Т кр,w);

в(Т)=в(Т кр),

где w - безразмерная функция.

При Т=Т кр a=1.

Связь между a и температурой (Т) можно записать следующим образом:

a 0.5 =1+m×(1 – Т 0.5), m=f(w).

Для смеси уравнение Пенга-Робинсона выглядит так:

а см (Т)=Sу i ×а i ;

в см (Т)=Sу i ×в i ,

где аi и вi вычисляются по формулам:

а i =0.457×(R 2 ×Т кр i 2 /Р кр i)×a i ;

в i =0.0778×R×Т кр i /Р кр i

45 Упругость насыщенных паров ув систем и их смесей

46 Закон Генри

Растворимость газов в жидкости. При больших давлени­ях растворимость газов в жидкости, в том числе и нефти подчиняется закону Генри. Согласно этому закону количество газа Vr, растворяющегося при данной температуре в объеме жидкости Vж, прямо пропорционально давлению газа р над по­верхностью жидкости:

Vг = α∙р∙V (2.8)

где [a]=[м 2 /Н] – коэффициент Генри , учитывающий количество газа, растворяющегося в единице объёма жидкости при повышения давления на единицу.

a=V г /(V ж ×р)

Коэффициент растворимости показывает какое количество газа растворяется в единице объема нефти при увеличении дав­ления на единицу. Коэффициент растворимости газа в нефти - величина непостоянная. В зависимости от соста­ва нефти и газа, температуры и других факторов он изменяется от 0,4∙10-5 до 5∙10-5 1/Па.

В наибольшей степени на растворимость газа в нефти влияет состав самого газа. Легкие газы (азот, метан) хуже раствори­мы в нефтях, чем газы с относительно большей молекулярной массой (этан, пропан, углекислый газ). В нефтях, содержащих большее количество легких углеводородов, растворимость газов выше по сравнению с тяжелыми нефтями. С ростом температу­ры растворимость газов в нефти уменьшается.

Из закона Генри следует, что чем больше коэффициент раст­воримости, тем при меньшем давлении в данном объеме нефти растворяется один и тот же объем газа. Поэтому у нефтей с большим содержанием метана, находящихся при высоких плас­товых температурах, обычно высокие давления насыщения, а у тяжелых нефтей с малым содержанием метана при низких пластовых температурах - низкие. С количеством растворенного газа связано различие физических свойств нефти в пластовых условиях и на поверхности.

47 Растворимость газов в нефти и воде

Характеристики растворимости газа в нефти выглядят следующим образом:

см 3 /см 3

По абсциссе откладываются значения давления, по ординате – количество растворённого в нефти газа.

Растворимость газов возрастает с увеличением молекулярной массы газа. Следовательно, различные компоненты газа обладают различной растворимостью, а, значит, природный газ в природной нефти будет растворяться сложным образом.

Растворимость зависит от состава и свойств нефти. Причём растворимость газов увеличивается с повышением содержания парафиновых углеводородов, а при высоком содержании ароматических углеводородов.

Малорастворимые газы лучше подчиняются закону Генри, чем хорошо растворимые.

На растворимость газов в нефти природа газа влияет в большей степени, чем состав нефти, хотя в сжатом газе при высоких давлениях происходит обратимое растворение компонентов нефти, что видно на выполаживании кривых растворимости хорошо растворимых газов.

Коэффициент растворимости нефтяных газов изменяется в широких пределах и достигает (4-5)×10 -5 м 3 /(м 3 ×Па).

Углеводородные газы хуже растворяются в нефти с повышением температуры.

Кроме процесса растворения, присутствует процесс выделения газа из нефти. Растворение связано с геологическими условиями, причём сам процесс происходил длительный период. А процесс выделения связан с нашей деятельностью, и он уже краткосрочен.

контактного дифференциального

48 Изотермы растворимости природных газов в нефтях

Количество выделившегося газа зависит от выбора технологии:

Газ выделился и находится в контакте с нефтью (газовые шапки);

Газ выделился и мы его вывели из системы нефть-газ (с отводом).

Первый из названных способ дегазации получил название контактного , или одноступенчатого. Второй – дифференциального , или ступенчатого (многократного).

Если процесс дифференциальный, то количество остающегося в растворённом состоянии газе в нефти больше, чем при контактном (одноступенчатом). Это связано с переходом в паровую фазу метана.

Количество газа, выделившегося из нефти характеризуется кривыми дегазации. Их получают экспериментально, и для каждого месторождения существует своя кривая.

см 3 /см 3

Коэффициентом разгазирования принято называть количество газа, выделившегося из единицы объёма нефти при снижении давления на единицу.

В каком-то диапазоне давлений разгазирования не происходит.

Если газ разгазируется, то фазовая проницаемость нефти снижается.

49 Контактное и дифференциальное разгазирование нефти

2 типа кривых разгазирования:

1) контактный тип – весь выделившийся газ остается.

2) дифференциальный тип – газ отводится. Характерен для лабораторных условий.

Для диф. Разгазирования – количество газа больше, чем при контактном.

Кривая разгазирования:

50 Коэффициент разгазирования нефти

Коэффициентом разгазирования принято называть количество газа, выделившееся при снижении давления на единицу.

Кроме нефти, в пласте может находиться большое количество воды.

51 Растворимость ув газов в воде

52

53 Как влияют термобарические условия на давление насыщения

Давление насыщения нефти газом – максимальное давление, при котором газ начинает выделяться из нефти в изотермическом процессе, в условиях термодинамического равновесия.

Кроме всего прочего, давление насыщения зависит от температуры и повышается с её ростом.

Если давление насыщения приблизительно равно пластовому давлению, а мы будем закачивать холодную воду, то пластовая температура снизится, а, значит, газ может выделиться за счёт снижения давления.

Степанова обнаружила, что при очень незначительном выделении газа (сотые проценты) происходит эффект смазки и фазовая проницаемость по нефти аномально возрастает.

Когда мы облучаем породу ультразвуком, начинают выделяться пузырьки газа, контроль над этим процессом позволит регулировать фазовую проницаемость. Количество выделяющихся пузырьков зависит от скелета слагаемой породы, состава пласта. Отсюда можно заключить, что давление насыщения варьируется по пласту.

54 Сжимаемость нефти и характерезующие ее компоненты

Нефть обладает упругостью, которая измеряется коэффициентом сжимаемости (или объёмной упругости ).

b н =-1/V×(dV/dр)

Он составляет величину порядка (0.4­¼0.7) ГПа -1 (для нефтей, не содержащих растворённый газ). Лёгкие нефти, содержащие значительное количество растворённого газа, обладают повышенным коэффициентом сжимаемости (b н достигает 14 ГПа -1).

b н зависит от температуры и давления, причём чем выше температура, тем больше коэффициент сжимаемости.

Когда нефть из пласта поднимается на поверхность, её состав меня ется, меняется объём.

Объёмный коэффициент рассчитывается по формуле:

в=V пл /V дег,

где V пл – объём нефти в пластовых условиях;

V дег – объём дегазированной нефти (на поверхности).

Зависимость объёмного коэффициента от давления выглядит следующим образом.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Теплотехника - наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека.

Для установления наиболее рациональных способов ее использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники. Различают два принципиально различных направления использования теплоты - энергетическое и технологическое.

При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания.

При технологическом - теплота используется для направленного изменения свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических свойств). Количество производимых и потребляемых энергоресурсов огромно.

Теплотехника является общетехнической дисциплиной при подготовке специалистов технических специальностей и состоит из трех взаимосвязанных предметов: технической термодинамики, основ теории теплообмена, в которых исследуются законы превращения и свойства тепловой энергии и процессы распространения теплоты.

Задача курса теплотехники заключается в подготовке инженера-химика-технолога, владеющего навыками грамотного руководства проектированием и эксплуатацией современного химического производства, представляющего собой совокупность технологических и тепловых процессов и соответствующего технологического и теплоэнергетического оборудования. Эта подготовка будет способствовать успешному выполнению указанных выше задач выпускниками химико-технологических вузов. Значение такой подготовки будет расти по мере вовлечения атомной, термоядерной и возобновляемых видов энергии в ряд практически значимых и эффективных, ибо, по известному выражению, никакой вид энергии не обходится так дорого, как его недостаток.

газовый парциальный газотурбинный конвективный

Теоретический вопрос № 1

Понятие газовой смеси. Парциальное давление. Закон Дальтона. Парциальный объем. Закон Амага. Способы задания газовых смесей. Пожарная опасность смесей горючих с воздухом

Газовая смесь - это смесь нескольких идеальных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Примерами газовой смеси могут служить: атмосферный воздух который состоит из смеси, преимущественно, азота и кислорода; природный газ; выхлопной газ двигателей внутреннего сгорания (ДВС), который содержит СО 2 , СО, N 2 , NO 2 , O 2 и другие газы, влажный воздух(водяной пар) в сушильных установках и т. п.

Главный принцип, определяющий свойства газовой смеси, принцип независимости действия газов в смеси, то есть каждый газ в смеси действует независимо от других газов, не меняет своих свойств и подчиняется всем газовым законам. Кроме того, каждый газ занимает весь объем смеси и все газы в смеси имеют одинаковую температуру, а свойства смеси газов складываются из свойств всех ее компонентов.

Из этого следует, что газовые смеси подчиняются тем же законам и уравнениям, что и однородные идеальные газы. Основным законом, определяющим поведение газовой смеси, является закон Дальтона: полное давление газовой смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений всех входящих в нее компонентов:

Р см = р 1 + р 2 + … + р n =

где Р см - давление газовой смеси; Р 1 , Р 2 , Р n - парциальные давления компонентов смеси.

Каждый компонент смеси, занимая весь объем смеси, находится под своим парциальным давлением. Но если этот компонент поместить под давлением Р см при той же температуре смеси T см, то он займет объем меньший (V i), чем объем смеси V см). Этот объем Vi называют приведенным или парциальным.

Парциальное давление вычисляется по уравнению состояния данного компонента:

Следовательно, .

Для сравнения газов входящих в смесь по объему вводится понятие парциального объема.

Парциальным (приведенным) объемом данного компонента называется условный объем, который имел бы данный компонент, если он один находился при температуре и давлении смеси. Зависимость между объемом газовой смеси и парциальными объемами отдельных газов в смеси отражает закон Амага (закон аддитивности): общий объем газовой смеси равен сумме парциальных объемов ее компонентов:

V см = V 1 + V 2 +...+ V n = .

Для вычисления парциального объема запишем два уравнения состояния для какого-либо газа, входящего в смесь:

первое - когда газ, имеющий парциальное давление Р 1 , занимает весь объем смеси V см имеет температуру смеси T см :

Р 1 V см =m 1 ·R 1 ·T см;

второе - когда газ имеет приведенный объем V i при давлении Р см и температуре смеси T см:

Р см V 1 =m 1 ·R 1 ·T см .

Разделив первое уравнение на второе, получим уравнения состояния компонента

где Р см и V см -- давление и объем смеси; Р i и V i - давление и объем i компонента.

Отсюда выразим парциальный объем компонента:

Свойства газовой смеси зависят от ее состава, который может быть задан массовыми, объёмными и мольными долями.

Массовой долей компонента смеси g i называется величина, равная отношению массы компонента к массе всей смеси:

где m i - масса данного компонента; m см - масса всей смеси, содержащая n компонентов.

Так как масса смеси m равна сумме масс всех компонентов:

то сумма массовых долей равна:

Зная массовые доли отдельных газов, входящих в смесь, можно определить их парциальные давления

следовательно

Массовые доли часто задаются в процентах. Например, для сухого воздуха: g(N 2) = 77%; g(О 2) = 23%.

Объемной долей компонента смеси r i называется величина, равная отношению парциального объема компонента к объему смеси:

где V i - парциальный объем данного компонента; V см - объем всей смеси.

Поскольку объем смеси равен сумме парциальных объемов компонентов, то сумма объемных долей равна: .

Объемные доли задаются в процентах. Например, для воздуха: r(N 2) = 79%; r(О 2) = 21%.

Мольной долей компонента смеси х i называется величина, равная отношению числа молей этого компонента к общему числу молей смеси:

Так как общее число молей смеси равно сумме чисел молей каждого компонента, очевидно, что:

В соответствии с законом Авогадро объемы моля любого газа при одинаковых давлении и температуре, в частности при температуре и давлении смеси, в идеально газовом состоянии одинаковы. Поэтому приведенный объем любого компонента может быть вычислен как произведение объема моля V м на число молей этого компонента, т.е. V i = V м N , а объем смеси -- по формуле V = V м N .

следовательно, задание газов, входящих в смесь, мольными долями равно заданию их объемными долями.

Соотношение между массовой и мольной долей можно найти из уравнения:

В итоге имеем следующие соотношения:

В полученных уравнениях М СМ - средний (кажущийся) молекулярный вес данной газовой смеси, т.е. молекулярный вес такого условного однородного газа, который по своим свойствам аналогичен данной газовой смеси.

Исходя из этого, величина М СМ определяется по составу смеси следующим образом:

Так как соотношение:

Складывая зависимости для величины g i по всем компонентам газовой смеси, имеем:

После преобразований получим:

Уравнение состояния для газовой смеси может быть принято по следующим соображениям. Из принципа независимости следует, что если каждый газ в смеси независимо от других подчиняет уравнению состояния, то и вся смесь может рассматриваться, как один однородный газ со своими особыми свойствами, который так же подчиняется уравнению состояния, т.е.

где R CM - средняя кажущаяся газовая постоянная смеси, определяемая на основе среднего молекулярного веса смеси:

Величина R CM может быть также найдена по составу смеси после подстановки зависимостей для М СМ :

Суммируя по всем компонентам, получим:

Сумма в левой части уравнения равна объему смеси. Поделив обе части уравнения на массу смеси m получим

Сумма в правой части уравнения представляет собой газовую постоянную смеси:

Некоторые газы и пары в определенной смеси с воздухом взрывоопасны. Пожарная опасность газовых смесей определяется концентрацией горючих газов, паров или пылей в смеси. На нижнем концентрационном пределе воспламенения (НКПВ) в смеси небольшое количество горючего и избыток воздуха. По мере повышения концентрации горючего в смеси появляется недостаток воздуха, что приводит к потере способности воспламенения.

Взрыв смеси может произойти только при определенных соотношениях горючих газов, входящих в смесь, с воздухом или кислородом, характеризуемых нижним и верхним пределами взрываемости. При выборе состава смеси учитывают границы взрываемости. Например, метано-воздушная смесь взрывоопасна при содержании 5,3--14,9% СН 4 , а аммиачно-воздушная смесь -- при содержании 14,0--27% NН 3 . Таким образом, применяемая в производстве газовая смесь, содержащая 12--13% СН 4 и 11--12% МН 3 , в воздухе взрывобезопасна. Однако такая исходная смесь находится близко к пределам взрываемости, и для предупреждения возможного нарушения состава предусматривают автоматическое регулирование соотношения газов. Для полной безопасности к исходной смеси добавляют азот.

Теоретический вопрос № 2

Циклы газотурбинных установок

Газотурбинными установками (ГТУ) называются теплоэнергетические устройства, в которых рабочим телом служат газообразные продукты сгорания топлива (или другие газы, нагретые тем или иным способом), а рабочим двигателем является газовая турбина. ГТУ относятся к числу двигателей внутреннего сгорания. Они отличаются от поршневых двигателей внутреннего сгорания тем, что полезная работа производится в них за счет кинетической энергии движущегося с большой скоростью газа.

Газотурбинные установки обладают по сравнению с поршневыми двигателями рядом технико-экономических преимуществ, а именно:

Меньшим весом и малыми габаритами установки при большой мощности;

Отсутствием кривошипного -шатунного механизма;

Равномерностью хода и возможностью непосредственного соединения с потребителями работы - электрическими генераторами, центробежными компрессорами и т.д.;

Простотой обслуживания;

Осуществлением цикла с полным расширением и тем самым с большим термическим КПД;

Возможностью применения дешевых сортов топлива (керосин).

Эти преимущества ГТУ способствовали их распространению во многих областях техники.

Конструкция первой газовой турбины была разработана инженером-механиком русского флота П.Д. Кузьминским в 1897 г. Она предназначалась для небольшого катера. Отличительной особенностью этой турбины являлась ее работа с водяным паром, который впрыскивался в камеру сгорания для понижения температуры газов перед турбиной.

Широкое распространение ГТУ стало возможным лишь после решения двух основных проблем: создания газового компрессора с высоким КПД (турбокомпрессора) и получения новых жаропрочных сплавов металла, способных длительно работать при температурах 650 - 750 ?С и выше.

В основе работы ГТУ лежат идеальные циклы, состоящие из простейших термодинамических процессов. Термодинамическое изучение этих циклов базируется на предположениях аналогичных циклам ДВС, а именно: циклы обратимы, подвод теплоты происходит без изменения химического состава рабочего тела цикла, отвод теплоты предполагается обратимым, гидравлические и тепловые потери отсутствуют, рабочее тело представляет собой идеальный газ с постоянной теплоемкостью. В отличие от поршневых ДВС, где процессы сжатия, подвода теплоты и расширения осуществляются в одном и том же цилиндре, в газотурбинных установках эти процессы происходят в различных элементах установки, в которые последовательно попадает поток рабочего тела. ГТУ могут работать со сгоранием топлива при постоянном давлении и при постоянном объеме. Соответствующие им идеальные циклы делят на циклы:

С подводом тепла при постоянном давлении (Р = const ) -- цикл Брайтона;

С подводом тепла при постоянном объеме (v = const) -- цикл Гемфри;.

Цикл с регенерацией теплоты.

Наибольшее практическое применение получил цикл с подводом тепла при постоянном давлении.

p = const (цикл Брайтона)

Принципиальная схема газотурбинной установки, в которой сгорание топлива происходит при постоянном давлении, приведена на рис.1, а осуществляемый в ней обратимый цикл представлен в pv и Ts - диаграммах на рис.1.1. В этой установке атмосферный воздух из окружающей среды, имеющий давление р 1 и температуру Т 1 , поступает на вход компрессора(1), вращающегося на одном валу с газовой турбиной (4). В компрессоре воздух адиабатно сжимается (1-2 ) до давления р 2 , при котором подается в камеру сгорания(3), куда поступает газообразное или жидкое топливо. Здесь при постоянном давлении происходит сгорание топлива при р= idem (2-3 ), вследствие чего температура получившихся газообразных продуктов сгорания повышается до значения Т 3 . При этой температуре и давлении р 3 = р 2 газ поступает в турбину (4), где при адиабатном расширении (3-4 ) до атмосферного давления р 1 совершает работу, одна часть которой затрачивается на привод компрессора, а другая - на привод генератора, вырабатывающего электроэнергию. Из турбины (4) газ при давлении р 4 =р 1 выбрасывается в окружающую атмосферу(4-1 ), а в компрессор забирается из атмосферы новый чистый воздух.

В качестве определяющих параметров идеального цикла принимаются:

Степень повышения давления воздуха или (степень сжатия) ;

Степень предварительного расширения.

Основным термодинамическим показателем эффективности цикла является его термический КПД

а количество отводимого тепла - по формуле

Тогда, термический КПД цикла

Его обычно выражают как функцию степени повышения давления у. Для адиабаты 1 - 2 имеем:

Для изобары 2 - 3

Для адиабаты 3 - 4

Подставляя полученные значения температур Т 2 , Т 3 и Т 4 в уравнение термического КПД, получим

Из формулы следует, что термический КПД ГТУ с подводом тепла при постоянном давлении зависит от степени повышения давления у и показателя адиабаты k, возрастая с увеличением этих величин.

С учетом зависимости

Следовательно, для одного и того же рабочего тела повышение степени

сжатия всегда приводит к росту КПД.

Работа цикла:

Несмотря на то, что увеличение степени повышения давления воздуха благоприятно сказывается на экономичности газотурбинной установки, повышение этой величины приводит к увеличению температуры газов перед рабочими лопатками турбины. Величины этой температуры лимитируются жаропрочностью сплавов, из которых изготовлены лопатки. В настоящее время максимально допустимая температура газов перед турбиной составляет 800 - 1000° С и дальнейшее повышение температуры может быть достигнуто только при применении новых жаропрочных материалов и внедрении конструкций турбин с охлаждаемыми лопатками.

Схема и цикл ГТУ с подводом теплоты при V = const (цикл Гемфри)

В газотурбинной установке, работающей по циклу с подводом теплоты при постоянном объеме(V=const), процесс сгорания топлива происходит при закрытых впускных и выпускных клапанах, установленных в камере сгорания. Компрессор 1, приводимый в движение турбиной 6, подает сжатый воздух в камеру сгорания 4 через управляемый клапан 7. Второй клапан 5 находится в конце камеры сгорания и предназначен для выхода продуктов сгорания на турбину. Топливо в камеру сгорания подается насосом 2, находящимся на валу турбины, через форсунку. Подача топлива должна осуществляться периодически топливным клапаном 3.

При увеличении давления клапан 5 открывается, и продукты сгорания поступают в сопловой аппарат и на лопатки турбины 6. При прохождении через лопатки турбины газ совершает работу и выбрасывается в окружающую среду.

Цикл этой установки состоит из адиабатного сжатия в компрессоре (а-с ); подвода теплоты при v = const (c-z ); адиабатного расширения газа в турбине (z-e ); изобарной отдачи газом теплоты окружающему воздуху (е-а ). Термодинамический цикл в координатах pv и Ts представлен на рисунке 2.1. Основными параметрами цикла являются:

Степень повышения давления в компрессоре;

Степень изохорного повышения давления.

КПД цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме определится как:

Параметры газа в характерных точках цикла определяются через начальную температуру Та из соотношений:

Подставляя эти выражения для температур в формулу термического КПД, получим:

Таким образом, значение КПД в ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме зависит от степени повышения давления в компрессоре и от степени повышения давления в камере сгорания, зависящего от количества подводимой теплоты (q 1 ) в изохорном процессе.

Удельная работа за цикл определяется:

Сравнения между собой циклы с подводом теплоты при p=const и v = const видно, что при одной и той же степени повышения давления и одинаковом отводимом количестве теплоты цикл с подводом теплоты при постоянном объеме выгоднее цикла с подводом теплоты при постоянном давлении. Это объясняется большей степенью расширения в цикле v = const , а следовательно, и большими значениями термического КПД. Несмотря на это преимущество, цикл с подводом теплоты при постоянном объеме широкого применения в практике не нашел в связи с усложнением конструкции камеры сгорания и ухудшением работы турбины в пульсирующем потоке газа, хотя работы по совершенствованию этого цикла продолжаются.

Из-за сложной конструкции камеры сгорания цикл ГТУ с изохорным подводом теплоты применяется крайне редко даже несмотря на то, что имеет повышенный КПД по сравнению с циклом Брайтона.

Цикл ГТУ с регенерацией теплоты

Одной из мер повышения термического КПД ГТУ является применение регенерации тепла. Регенерация тепла заключается в использовании тепла отработавших газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания. Регенерация теплоты возможна при условии, что Т 4 >Т 2 . Для этого в схему установки вводят дополнительное устройство - теплообменник.

Схема газотурбинной установки со сгоранием при Р = const с регенерацией тепла представлена на рисунке 3. Отличие газотурбинной установки с регенерацией тепла от установки без регенерации состоит в том, что сжатый воздух поступает из компрессора 1 не сразу в камеру сгорания 4, а предварительно проходит через воздушный регенератор - теплообменник 3, в котором он подогревается за счет тепла отработавших газов. Соответственно газы, выходящие из турбины, перед выходом их в атмосферу проходят через воздушный регенератор, где они охлаждаются, подогревая сжатый воздух. Таким образом, определенная часть тепла, ранее уносившаяся отработавшими газами в атмосферу, теперь полезно используется.

Цикл газотурбинной установки с регенерацией и с изобарным подводом тепла в P,v - и T,s - диаграммах изображен на рисунке 1.

Рис. 1 Тепловая диаграмма ГТУ с регенерацией теплоты

Рассматриваемый цикл состоит из адиабатного процесса сжатия воздуха в компрессоре 1 - 2, процесса 2 - 5, представляющего собой изобарный подогрев воздуха в регенераторе, изобарного процесса 5 - 3, соответствующего подводу тепла в камере сгорания за счет сгорания топлива, процесса адиабатного расширении газов 3 - 4 в турбине, изобарного охлаждения выхлопных газов в регенераторе 4 - 1.

Количество тепла, подводимое к рабочему телу в изобарном процессе

а отводимое в изобарном процессе

Подставляя q 1 и |q 2 | в общее соотношение

Получим.

Температуры в основных точках цикла определяются:

Термический КПД цикла ГТУ с подводом тепла при Р = const и полной регенерацией зависит от начальной температуры Т 1 и температуры в конце адиабатного расширения Т 4 .

В реальных условиях теплота регенерации передается не полностью, так как теплообменники не идеальные. Термический КПД цикла будет зависеть от степени регенерации. Степень регенерации -- это отношение количества теплота, переданного воздуху, полученного сжатым воздухом в регенераторе, к тому количеству тепла, которое он мог бы получить, будучи нагрет от Т 2 до Т 5 = Т 4 на выходе из газовой турбины.

Термический КПД цикла ГТУ с неполной регенерацией, т.е. при r <1, определяется следующим образом

Величина степени регенерации определяется качеством и площадью рабочих поверхностей теплообменника (регенератора).

В настоящее время такие ГТУ находят применение в стационарных установках из-за большого веса и габаритов регенератора, например, в качестве судовых силовых установок.

Задача № 1

Определить объемный состав, молекулярную массу, газовую постоянную и объем смеси, если ее массовый состав следующий: пропан -- 48,7%, бутан -- 16,8%, гексан -- 14,6%, этилен -- 4,7%, азот -- 15,2%. Давление смеси 3 бар, масса и температура смеси соответственно равны

Масса, кг	Температура, 0 С

C 4 H 10 = 16,8% C 6 H 14 = 14,6% С 2 Н 4 = 4,7% Р см = 3 бар t см = 17 0 С	g i (C 3 H 8) = 0,487 g i (C 4 H 10) = 0,168 g i (C 6 H 14)= 0,146 g i (С 2 Н 4)= 0,047 g i (N 2) = 0,152 Р см = 3 10 5 Па

Найти: i - ?, М см - ?,

R см - ?, V см - ?

1. По справочным данным определим молекулярные массы компонентов:

М(C 3 H 8) = 44 кг/кмоль;

М(C 4 H 10) = 58 кг/кмоль;

М(C 6 H 14) = 86 кг/кмоль;

М(С 2 Н 4) = 28 кг/кмоль;

М(N 2) = 28 кг/кмоль.

2. Вычислим газовые постоянные газов, используя значение универсальной газовой постоянной R = 8,314 кДж/кмоль К:

R(C 3 H 8) = = 0,18895 кДж/кг К = 188,9 Дж/кг К;

R(C 4 H 10) = = 0,1433 кДж/кг К = 143,3 Дж/кг К;

R(C 6 H 14) = = 0,09667 кДж/кг К = 96,7Дж/кг К;

R(С 2 Н 4) = = 0,2969 кДж/кг К = 296,9 Дж/кг К;

R(N 2) = = 0,2969 кДж/кг К = 296,9 Дж/кг К.

3. Определим газовую постоянную смеси:

R см = ?(g i R i )

R= 0,487 188,95 + 0,168 143,3 + 0,146 96,7 + 0,047 296,9 + 0,152 296,9 = 92,02+24,07+13,95+14,26+45,13 = 189,43 Дж/кг К.

4. Определим объемные доли компонентов, входящих в смесь:

где R см - газовая постоянная смеси, Дж/(кг·К);

R i - газовая постоянная отдельных компонентов, входящих в смесь Дж/(кг·К).

5. Рассчитаем молекулярную массу смеси:

М см = 0,488 44 + 0,127 58 + 0,074 86 + 0,073 28 + 0,238 28 = 21,47 + 7,37 + 6,36 + 2,04 + 6,66 = 44 кг/кмоль.

6. Рассчитаем объем газовой смеси, выразив его из уравнения Клайперона:

Р V = m R T ,

м 3 /кг.

Ответ: r(C 3 H 8) - 48,8%; r(C 4 H 10) -12,7%;

r(C 6 H 14) - 7,4%; М см - 44 кг/кмоль.

r(C 2 H 4) - 7,3%; R см - 189,43 Дж/кг К.

r(N 2) - 23,8%; V см - 1,648 м 3 /кг.

Задача № 2

Газовая смесь, находящаяся в реакторе, имеет следующий объемный состав: окись углерода =14%, азот =6%, кислород = 75%, водяные пары = 5% нагреваются от t1 до t2. Определить количество тепла, подведённого к газовой смеси. Зависимость теплоёмкости от температуры принять в соответствии со своим вариантом

			постоянная

Н 2 О пар = 5%	r(Н 2 О) пар = 0,05

Найти: Q - ?

1. По условию задачи следует, что зависимость теплоемкости от температуры постоянная, то есть не зависит от температуры, следовательно, теплоемкость определяем по формуле:

где С -- теплоемкость газа, кДж/кмоль К;

М i - молекулярная масса компонента, г/кмоль.

Для двухатомных газов (азот, кислород) C v = 20,93 кДж/кмоль К, для водяного пара и других многоатомных газов C v = 25 кДж/кмоль К.

Рассчитаем теплоемкости компонентов:

кДж/кмоль К;

кДж/кмоль К;

кДж/кмоль К;

кДж/кмоль К.

Вычислим общую теплоемкость газовой смеси:

С см = 0,7475 0,14 + 0,7475 0,06 + 0,6541 0,75 + 1,3889 0,05 = 0,1046 + 0,0448 + 0,4906 + 0,0694 = 0,7094 кДж/кмоль К.

2. Рассчитаем количество теплоты при постоянной теплоемкости по формуле:

Q = mC v (T 2 - T 1 )

Q = 4 0,7094(1073 - 423) = 2,8376 650 = 1844,44 Дж.

Ответ: Q = 1844,44Дж.

Задача № 3

Воздух работает по циклу с изохорным подводом тепла. Определить параметры цикла в характерных точках и полезную работу цикла, если масса воздуха, начальное давление, начальная температура, степень сжатия и количество подведённого во время сгорания тепла соответственно равны

	P 1 = 9 10 3 Па

Найти: А = ?

Цикл с изохорным подводом тепла (цикл Отто) состоит из двух адиабат и двух изохор. Характеристиками цикла являются:

степень сжатия - ;

степень повышения давления - ;

Количество подведенной и отведенной теплоты определяются по формулам:

Работа цикла определяется:

1. Определим параметры цикла в характерных точках.

а) Определим параметры в точке 1.

Р 1 = 90 10 3 Па; Т 1 = 298 К; М возд =28,97 кг/кмоль.

Газовая постоянная воздуха равна

Рассчитаем удельный объем воздуха V 1 выразив его из уравнения Клайперона:

б) Определим параметры в точке 2.

Степень сжатия равна

Отсюда м 3 /кг.

Из уравнения адиабаты (процесс 1-2 - адиабатное сжатие) выразим температуру

где k -- показатель адиабаты (для воздуха равен 1,4).

Давление Р 2 находим из выражения

в) Определим параметры в точке 3.

Так как 2 - 3 - изохора, то V 3 = V 2 = 0,7125 м 3 /кг.

Температуру в точке 3 определяем из соотношения

Принимая Мс v = 20,98 кДж/кг К, М (возд) = 28,97 кг/кмоль, получаем

следовательно,

Давление Р 3 определим из соотношения

г) Определим параметры в точке 4.

V 4 = V 1 = 2,85 м 3 /кг.

отсюда выразим давление в точке 4

2. Определим полезную работу цикла.

Вычислим количество отведенной теплоты:

Полезная работа в цикле равна

Ответ: l ц = 680,56 кДж.

Задача № 4

Найти наибольшую степень сжатия в цикле с изохорным подводом теплоты, если известно, что начальное давление 100 кПа, показатель адиабаты 1.3, а начальная температура и температура самовоспламенения горючей смеси составляют:

t сам = 430 0 С	P 1 =10 10 3 Па

Так как происходит изохорный подвод тепла, то из уравнения адиабаты выразим степень сжатия:

Вычислим степень сжатия:

Ответ: степень сжатия? max в цикле с изохорным подводом теплоты равна 26,9. Чем больше степень сжатия, тем выше эффективность цикла.

Задание № 5

Воздух вытекает из резервуара. Найти значение давления среды, при котором теоретическая скорость адиабатного истечения будет равна критической и величину этой скорости, если первоначальное давление и температура соответственно равны

	Р 1 =5 10 6 Па

Найти: Р 2 = ?

Воздух является двухатомным газом, следовательно, критическое значение для воздуха равно 0,528.

Из отношения выразим и найдем давление среды Р 2:

Определим величину в и сравним ее с критическим значением для воздуха: 0,528 = 0,528.

Так как адиабатное истечение газа происходит при в? в кр, то теоретическая скорость истечения газа будет равна критической скорости и определяется по формуле

Ответ: Р 2 = 2,64 10 6 Па; w кр = 321 м/с.

Теоретический вопрос №3

Конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости. Теплообмен при вынужденном движении жидкости по каналам.

Конвективный теплообмен - совместный процесс конвекции и теплопроводности, так как при движении жидкости или газа неизбежно происходит соприкосновение отдельных частиц, имеющих различные температуры.

Конвективный теплообмен между потоком жидкости или газа поверхностью твердого тела называют конвективной теплоотдачей, которая

часто сопровождается теплоотдачей излучением.

В зависимости от причины, вызывающей движение жидкости, различают два рода движения: свободное (естественная конвекция) и вынужденное (вынужденная конвекция).

Свободное движение возникает вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости, что вызывает появление подъемной силы. Частицы жидкости, соприкасающиеся с нагретой поверхностью тела, нагреваются и становятся легче находящихся над ними холодных частиц. Такое расположение частиц неустойчиво: холодные частицы стремятся опуститься и вытеснить более легкие нагретые частицы, которые должны совершить восходящее движение навстречу опускающимся холодным частицам. Возникает сложное беспорядочное движение, в котором сталкиваются восходящие и нисходящие потоки. Чем больше перёдается тепла, тем интенсивнее свободное движение жидкости. Количество передаваемого тепла пропорционально поверхности тела и разности температур теплоотдающей (или тепловоспринимающей) поверхности и жидкости. Разностью температур определяется подъемная сила движения, а поверхностью -- зона распространения процесса теплообмена.

Вынужденное движение возникает под влиянием силового воздействия на жидкость извне -- насосом, ветром, вентилятором, компрессором, эжектором и др. В этом случае устанавливается разность давлений жидкости на входе и выходе из канала, по которому движется жидкость. Движущая сила определяется главным образом перепадом давлений. Интенсивность теплообмена при вынужденном движении жидкости зависит от её скорости движения, рода и физических свойств жидкости, ее температуры, формы и размеров канала, в котором происходит теплообмен.

Интенсивность процесса конвективного теплообмена ограничивается процессом теплопроводности на границе жидкости с твердой поверхностью и в пограничном слое относительно неподвижных частиц жидкости, прилегающем к твердой поверхности. Интенсивность конвективного теплообмена может быть увеличена при увеличении скорости движения жидкости относительно твердой поверхности, что способствует уменьшению толщины пограничного слоя. Этот процесс включает две стадии и два вида переноса тепловой энергии:

Перенос тепловой энергии конвекцией в объеме жидкости или газа;

Перенос тепловой энергии теплопроводностью в тонком малоподвижном слое жидкости или газа, непосредственно прилегающем к твердой стенке и называемом пограничным слоем или ламинарным подслоем;

Передача тепла теплопроводностью при непосредственном соприкосновении частиц жидкости или газа с частицами твердой стенки непосредственно на границе твердой поверхности.

Исходя из приведенных положений получено основное уравнение конвективного теплообмена, называемое уравнением Ньютона-Рихмана:

где q - удельный тепловой поток при конвективном теплообмене, Вт/м 2 ;

Q - полный тепловой поток, Вт;

F - поверхность конвективного теплообмена, м 2 ;

л ж - коэффициент теплопроводности жидкости (газа) в пограничном слое, Вт/м 2 К;

д п.сл. - толщина пограничного слоя жидкости (газа), прилегающего к поверхности теплообмена, м;

б - коэффициент теплоотдачи, характеризующий условия теплообмена между жидкостью и твердой стенкой, Вт/м 2 К.

Коэффициент теплоотдачи б - основная характеристика процесса конвективного теплообмена и является сложной функцией большого количества независимых величин, характеризующих явление.

Одной из основных задач конвективного теплообмена является определение в конкретных условиях коэффициента теплоотдачи. Аналитическое определение коэффициента теплоотдачи, как правило, невозможно, т.к. его величина зависит от многих переменных: параметров процесса, физических констант, геометрических размеров и граничных условий. Коэффициент теплоотдачи определяют по эмпирическим формулам, которые составляются в критериальной форме по правилам теории подобия. Два процесса конвективного теплообмена считаются подобными, если подобны все параметры, характеризующие конвективный теплообмен.

Для упрощения процесса установления подобия используют безразмерные комплексы физических параметров - числа или критерии подобия. Чисел подобия много. Для конвективного теплообмена

используют следующие пять чисел подобия.

Число Рейнольдса характеризует режим течения жидкости или газа и выражает отношение сил инерции (скоростного напора) к силам вязкостного трения:

где w - средняя скорость жидкости или газа, м/с;

l - характерный размер, м;

v - коэффициент кинематической вязкости, м 2 /с.

При числах Рейнольдса, меньших 2000, режим считается ламинарным, при значениях числа, больших 10000, - режим движения турбулентный; при значениях числа от 2000 до 10000 - режим переходный.

Число Прандтля устанавливает соотношение между толщиной

динамического и теплового пограничных слоёв:

где а - коэффициент температуропроводности, м 2 /с;

n - коэффициент кинематической вязкости, м 2 /с.

Число Нуссельта характеризует интенсивность конвективного теплообмена между жидкостью (газом) и поверхностью твёрдого тела:

где б- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м 2 ЧК);

l - характерный размер, м;

л - коэффициент теплопроводности газа или жидкости, Вт/(мЧК).

Число Грасгофа характеризует интенсивность свободного конвективного теплообмена:

где g = 9,81 м/с 2 - ускорение свободного падения;

b - коэффициент объемного расширения: для жидкостей b приведены в справочниках (приложение Л), для газов - b = 1/Т, 1/ К;

l - характерный размер, м;

Дt - разница температур частиц жидкости (газа);

n - кинематическая вязкость, м 2 /с.

Число Эйлера характеризует отношение перепада давления к скоростному напору:

где ДР - перепад давления на участке канала, Па;

r - плотность жидкости (газа), кг/м 3 ;

w - скорость жидкости (газа), м/с.

При проектировании теплообменных аппаратов необходимо определить два параметра: коэффициент теплоотдачи б и перепад давления ДР. Они входят в числа Нуссельта и Эйлера, т.е. это определяемые числа подобия. Числа Рейнольдса, Грасгофа и Прандтля являются определяющими. Уравнения подобия - зависимость между определяемым числом подобия и определяющими числами подобия. Таким образом, при моделировании основной целью является нахождение уравнений:

Общее уравнение подобия для конвективного теплообмена имеет вид

где c, n, m, d - коэффициенты, которые определяются экспериментальными исследованиями.

В критериальных уравнениях множитель учитывает направление теплового потока отношением, при этом Pr - число Прандтля для жидкости (газа) при её температуре; Prст - число Прандтля для жидкости (газа) при температуре стенки.

Физические параметры, входящие в формулы, должны быть взяты при определяющей температуре, которая указывается для каждого случая теплообмена, причем применяют следующие определяющие температуры:

t СТ - средняя температура стенки;

t ж - средняя температура жидкости или газа;

t ПЛ - средняя температура пограничного слоя (пленки), определяется, как среднее арифметическое между t ж и t СТ.

Средняя температура жидкости (газа) приближенно может быть определена как среднее арифметическое между начальной и конечной температурой жидкости.

Процесс теплоотдачи при течении жидкости в трубах является более сложным по сравнению с процессом теплоотдачи при омывании плоской поверхности неограниченным потоком, при котором текущая вдали от тела жидкость не испытывает влияния процессов, идущих у стенки. Поперечное сечение трубы имеет конечные размеры. В результате в трубе, начиная с некоторого расстояния от входа, жидкость по всему поперечному сечению испытывает тормозящее действие сил вязкости. Из-за конечных размеров трубы происходит изменение температуры жидкости как по сечению, так и по длине канала. Все это сказывается на теплоотдаче.

Течение жидкости в трубах может быть ламинарным, переходным и турбулентным.

При ламинарном или слоистом, спокойном, струйном движении струи жидкости повторяют очертания канала или стенки, т.е не перемешиваются. Распространение тепла в направлении, перпендикулярном направлению движения обусловлено исключительно теплопроводностью.

При турбулентном движении происходит постоянное перемешивание жидкости. Скорость частицы жидкости в каждый момент времени перемена по величине и по направлению. При турбулентном режиме теплопроводностью тепло передаётся только в вязком подслое, а внутри турбулентного ядра этот процесс осуществляется путём интенсивного перемешивания частиц жидкости.

Переход ламинарного режима в турбулентный и наоборот происходит при определённых условиях. Параметры перехода определяются числом Рейнольдса. Так, например, для гладких труб это число примерно равно 2300.

При ламинарном движении жидкости различают два режима: вязкостный и вязкостно-гравитационный.

Вязкостным называется режим движения, когда силы вязкости преобладают над подъемными силами в жидкости. Такой режим движения имеет место при вынужденном движении вязких жидкостей и исчезающе малом влиянии свободного движения. Вязкостный режим движения обычно наблюдается при ламинарном движении жидкостей с большой вязкостью в трубах малого диаметра и при малых температурных напорах.

Вязкостно-гравитационным режимом называется режим движения жидкости, когда подъемные силы достаточно велики: на вынужденное движение накладывается свободное движение, влиянием которого на перенос количества тепла нельзя пренебрегать. В этом случае распределение скорости по сечению трубы зависит не только от изменения вязкости, но и от интенсивности и направления свободного движения жидкости, обусловленного разностью плотностей менее и более нагретых частиц жидкости.

При развитом турбулентном режиме (Re>10000) используют следующее уравнение:

где е l - поправочный множитель, учитывающий влияние начального участка потока на коэффициент теплообмена в трубе.

Определяющей температурой является средняя температура жидкости или газа. Характерным размером l является: для круглой трубы - внутренний диаметр трубы d; для трубы произвольной формы - эквивалентный диаметр d экв

F - площадь поперечного сечения канала, м 2 ;

П - полный периметр сечения, независимо от того, какая часть этого периметра участвует в теплообмене, м.

Для газов формула упрощается, т.к. в этом случае критерий Pr является практически постоянной величиной, не зависящей от температуры, Pr = 0,67…1,0 (определяется количеством атомов в молекуле): .

При теплообмене в изогнутых трубах (змеевиках) вследствие центробежного эффекта в поперечном сечении трубы возникает вторичная циркуляция, наличие которой приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. Поэтому коэффициент теплоотдачи следует умножить на поправочный коэффициент е зм:

где d - диаметр трубы, м; D - диаметр спирали змеевика, м.

В случае ламинарного течения жидкости (Re<2320) вынужденное перемещение ее частиц сопровождается также и свободным движением.

Среднее значение коэффициента теплообмена определяют из формулы:

При расчете критерия Gr величина Дt характеризует разность температур жидкости (газа) и стенки.

Если теплоносителем является газ, формула упрощается: .

При вертикальном расположении трубы вводится поправка 0,85 при совпадении свободного и вынужденного движений и поправка 1,15 - при противоположном направлении.

Если теплоносителем является жидкость с большим коэффициентом вязкости, то свободная конвекция не оказывает влияния на теплообмен. Уравнение подобия для вязкостного режима -

В качестве определяющей температуры принимают среднюю температуру жидкости, а характерным линейным размером служит внутренний диаметр трубы.

В области значений числа Рейнольдса от 2320 до 10000 наблюдается переходный режим движения жидкости. Для определения коэффициента теплообмена при переходном режиме движения можно использовать следующее расчетное критериальное уравнение:

где К 0 - функция числа Рейнольдса.

В качестве определяющей температуры в уравнении принимают среднюю температуру жидкости, а в качестве определяющего размера - внутренний диаметр трубы d вн или d экв

Теплообмен при переходном режиме движения жидкости в каналах и трубах рассчитывают при решении задач из практики пожарного дела.

Расчетная формула для определения средних значений коэффициента теплообмена, полученная на основе обобщения опытных данных, имеет вид:

Индекс f при числах Nu, Re, Pr означает, что все физические параметры вычисляют при средней температуре жидкости. В качестве определяющего размера в данном случае принимают внутренний диаметр трубы d вн или d экв =4 F / U для каналов не круглого сечения, где F - площадь поперечного сечения канала, а U - периметр этого сечения.

Множитель е l =1 при l/d нар?50, а при l/d нар <50, его принимают в зависимости от числа Рейнольдса для данных условиях

Значение е l зависит от условий входа жидкости в трубу.

Довольно часто для решения задач пожарной безопасности используют уравнения, описывающие конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости.

Теоретический вопрос №4

Тепловое излучение. Основные законы лучистого теплообмена

Тепловое излучение - способ переноса теплоты в пространстве, осуществляемый в результате распространения электромагнитных волн, энергия которых при взаимодействии с веществом переходит в тепло. Радиационный теплообмен связан с двойным преобразованием энергии: первоначально внутренняя энергия тела превращается в энергию электромагнитного излучения, а затем, после переноса энергии в пространстве электромагнитными волнами, происходит второй переход лучистой энергии во внутреннюю энергию другого тела.

Тепловое излучение тела зависит от его температуры (степени нагретости тела).

Плотность потока собственного излучения E соб , Вт/м 2 , тела называют его лучеиспускательной (излучательной) способностью. Этот параметр излучения в пределах элементарного участка длин волн dл называют спектральной плотностью потока собственного излучения E л, Вт/м 3 , или спектральной лучеиспускательной способностью тела, или спектральной интенсивностью излучения.

Энергия теплового излучения, падающего на тело, по закону сохранения энергии может поглощаться, отражаться телом или проходить через него:

Q погл + Q отр +Q проп =Q пад.

Отношение поглощенной части энергии к падающей энергии теплового излучения называют поглощательной способностью тела и обозначают буквой А. Отношение отраженной части энергии к падающей энергии теплового излучения называют отражательной способностью тела и обозначают буквой R. Отношение прошедшей сквозь тело энергии к падающей энергии теплового излучения называют пропускательной способностью тела и обозначают буквой D. Таким образом, по закону сохранения энергии записывают:

Тело, поглощающее всю падающую на его поверхность лучистую энергию, называют абсолютно черным телом (АЧТ). Для абсолютно черного тела поглощательная способность А = 1.

Тело, отражающее всю падающую на его поверхность лучистую энергию, называют абсолютно белым телом (если отражение происходит в пределах полусферы) или зеркальным (если угол падающего луча равен углу отраженного луча). В этом случае отражательная способность R = 1.

Тело, пропускающее всю падающую на его поверхность лучистую энергию, называют прозрачным или диатермичным. В этом случае пропускательная способность D = 1.

Твердое тело не пропускает падающую на его поверхность энергию теплового излучения и поэтому

Сумму собственного излучения и части падающей энергии, которая отражается поверхностью тела, называют эффективным излучением тела:

E эфф = E соб + E отр.

Результирующим тепловым потоком излучения называют разность между собственным излучением и частью падающей энергии, которую тело поглощает телом:

E рез = E соб? E погл = E эфф? E пад.

В зависимости от характеристики течения процессы теплообмена происходят при установившемся (стационарном) режиме, когда температуры во всех точках постоянные во времени и неустановившемся (нестационарном) режиме.

Законы лучистого теплообмена были получены для абсолютно черного тела в условиях стационарного режима.

Рассмотрим основные законы лучистого излучения.

Закон Стефана - Больцмана устанавливает взаимосвязь между излучательной способностью и температурой абсолютно черного тела:

где E о - излучательная способность абсолютно-черного тела, Вт/м 2 ;

у о =5,67Ч10- 8 ,- константа излучения абсолютно черного тела, Вт/м 2 ЧК 4 ;61

С о = 5,67-коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м 2 ЧК 4 ;

Т -абсолютная температура излучающего тела, К.

Для серых тел:

Е - излучательная способность серого тела, Вт/м 2 ;

С - коэффициент излучения серого тела, Вт/(м 2 ЧК 4).

Если разделить энергию излучения серого тела на энергию излучения абсолютно чёрного тела, получим:

где e - степень черноты тела.

Если принять, что С=С0Чe, то энергию излучения серого тела можно записать как:

Степень черноты может варьироваться от 0 до 1. Она зависит не только от физических свойств тела, но и от состояния ее поверхности или шероховатости.

Как видно из формулы, зависимость энергии от абсолютной температуры имеет четвертичную зависимость, поэтому основная часть теплоты при пожарах передаётся лучистым теплообменом.

Закон Кирхгофа гласит, что отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности одинаково для поверхностей всех серых тел (при одинаковой температуре) и равно излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре:

где E и A - излучательная и поглощательная способности тел.

Из закона Кирхгофа вытекают три следствия:

1) в природе не существует таких поверхностей, которые излучали бы больше энергии, чем абсолютно черное тело (при одинаковой температуре);

2) тела с большей поглощательной способностью обладают большей плотностью излучения, и наоборот;

3) поглощательные способности и степени черноты реальных (серых) тел численно равны (А=е).

Закон Ламберта устанавливает зависимость между количеством излучаемой энергии и направлением излучения:

Е Н - количество энергии, излучаемой в направлении нормали.

Закон Ламберта получен для абсолютно черного тела, для серых тел с шероховатой поверхностью этот закон справедлив при ц< 60 0 .

Для полированных поверхностей закон Ламберта неприменим, для них лучеиспускание при угле будет большим, чем в направлении, нормальном к поверхности.

Закон Вина утверждает, что максимум интенсивности излучения соответствует следующему значению длины волны:

Из формулы видно, что максимум излучения с повышением температуры смещается в сторону коротких волн (иначе закон Вина называют законом смещения).

...

Подобные документы

Подготовка газов к переработке, очистка их от механических смесей. Разделение газовых смесей, низкотемпературная их ректификация и конденсация. Технологическая схема газофракционной установки. Специфика переработки газов газоконденсатных месторождений.

дипломная работа , добавлен 06.02.2014


Исследование влияния различных видов сушильных агентов на эффективность сушки формовочных смесей и стержней. Расчет сушильного агрегата в процессе сушки стержня воздухом, проходимым через сушило. Теплотехнические основы сушильного процесса, теплообмен.

курсовая работа , добавлен 04.11.2011


Периодическая ректификация бинарных смесей. Непрерывно действующие ректификационные установки для разделения бинарных смесей. Расчет холодильника кубового остатка, высоты газожидкостного слоя жидкости. Определение скорости пара и диаметра колонны.

курсовая работа , добавлен 20.08.2011


Формирование помольной смеси как метод стабилизации технологических свойств зерна. Требования, предъявляемые к составлению помольных смесей зерна. Расчет состава компонентов помольной смеси, характеристика каждой партии зерна пшеницы для ее составления.

контрольная работа , добавлен 07.05.2012


Фундаментальная химия техуглерода, способы его производства. Приготовление резиновых смесей с определенной твердостью, содержащих техуглерод. Особенности выбора надлежащей марки для резиновой смеси. Обработка резиновых смесей, наполненных техуглеродом.

курсовая работа , добавлен 16.05.2013


Физико-химические явления в процессах переработки каучуков и резиновых смесей. Особенности современной технологии приготовления резиновых смесей. Приготовление смесей на основе изопренового каучука. Обработка резиновых смесей на валковых машинах.

курсовая работа , добавлен 04.01.2010


Ректификация нефтяных смесей. Системы теплообмена установок первичной перегонки нефти и ректификации углеводородных газов. Оценка возможности повышения эффективности системы теплообмена. Рассмотрение оптимизированной схемы с позиции гидравлики.

дипломная работа , добавлен 20.10.2012


Расчет рабочей лопатки. Объем одного участка оребрения. Изготовление лопатки при помощи 3D прототипирования. Параметры точности отливки и припуски на обработку. Приготовления формовочных смесей в центробежном лопаточном смесителе непрерывного действия.

дипломная работа , добавлен 27.05.2014


Характеристики и область применения теплоизоляционных материалов, их структура и свойства. Эффективность и недостатки вакуумной многослойно-порошковой теплоизоляции. Технология изоляции в аппаратах установок низкотемпературного разделения газовых смесей.

доклад , добавлен 24.11.2010


Требования, предъявляемые к асфальтобетонной смеси, характеристика материалов, применяемых для ее приготовления. Подбор состава асфальтобетонной смеси по заданию. Технология и последовательность, оборудование для приготовления асфальтобетонной смеси.