С.Л. Ривкин - Термодинамические свойства газов

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВС.Л.РИВКИНТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕСВОЙСТВА ГАЗОВс . л . РИВКИНТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕСВОЙСТВА ГАЗОВСПРАВОЧНИКИздание четвертое, переработанноеСогласовано с Государственнойслужбойгтпиг)пптиъ1 γ mnnanuuhiY r)nuuui νМоскваЭнергоатомиздат1987ББК 31.31Ρ 49УДК 533.1 : 536 (035.5)Р е ц е н з е н т В Н И Ц MB Госстандарта СССРιΡ 49Ривкин С. JI.Термодинамические свойства газов:Справочник. — 4-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат,1987.

— 288 е.: ил.В книге даны таблицы термодинамических свойств воздуха, азота, кислорода, водорода, водяного пара и других газов, приведенныхк идеальному состоянию, в области температур от —50 до +1500 °С.Таблицы рассчитаны по предложенным автором интерполяционнымуравнениям, которые могут быть использованы для расчетов на ЭВМ.Описан способ построения тепловых диаграмм для продуктов сгорания различных топлив. 3-е издание книги вышло в 1973 г. В новомиздании табличные данные уточнены.Книга предназначена для проектных и научно-исследовательскихорганизаций, инженерно-технического персонала электростанций и заводов, а также для студентов высших и средних учебных заведений.р2303010000-277051(01)-87215-87Б Б К 31.31© Энергия, 1973© Энергоатомиздат, 1987ПРЕДИСЛОВИЕПервое издание настоящей книги включало подробные таблицытермодинамических свойств ряда технически важных газов, составленные в старой системе единиц [1], во втором, переработанном и дополненном издании [2] таблицы даны в Международной системе единиц.Метод построения таблиц получил широкое признание.

Описаниетаблиц было включено в учебник по технической термодинамике [3], ив ряде учебных заведений табличный метод расчета тепловых процессов с газами излагается при чтении курса термодинамики. В сборникезадач по технической термодинамике [4] рекомендуется использованиепредлагаемых таблиц для расчета тепловых процессов с идеальнымигазами.При подготовке третьего издания книги [7] было учтено, что в теплотехнических расчетах все возрастающее применение находила вычислительная техника. Зависимость изобарной теплоемкости отдельных газов от температуры с высокой степенью точности была аппроксимирована на ЭВМ методом наименьших квадратов.

Отклонения найденных поаппроксимирующим уравнениям значений изобарной теплоемкости отновейших значений, определенных по спектроскопическим данным, непревышали нескольких сотых долей процента. Выражения для температурной зависимости других термодинамических величин (энтальпии,внутренней энергии и т. д.) были получены на основе известных термодинамических отношений, а данные о термодинамических свойствах газов рассчитаны по уравнениям, приведенным в книге. Таблицы составлены с таким интервалом по температуре, чтобы в большинстве технических расчетов не требовалось интерполяции, что, естественно, упрощает расчеты.

В третье издание книги был внесен ряд уточнений, в частности наряду с приближенным расчетом изоэнтропного процесса сгазовой смесью приведен точный его расчет с учетом замечаний [5].В книге сохранен метод построения на основе таблиц тепловой диаграммы для продуктов сгорания данного топлива. Этот метод оказывается полезным для многочисленных расчетов процессов с продуктамисгорания определенного топлива при произвольном избытке воздуха.Такие диаграммы, эквивалентные известной TS-диаграмме, могут бытьлегко построены в любом удобном и обеспечивающем высокую точностьрасчета масштабе, к тому ж е они точнее универсальнойдиаграммы[6] и не требуют внесения дополнительных поправок. В книге приводится пример построения диаграммы для продуктов сгорания газа подземной газификации с любым избытком воздуха, а т а к ж е рассмотреныпримеры пользования диаграммой.Предложенные уравнения для термодинамических величин применимы в теплотехнических расчетах с использованием ЭВМ.

В связи сосравнительной простотой этих уравнений для их реализации требуетсянебольшой объем оперативной памяти вычислительной машины и небольшое количество машинного времени.В четвертом издании книги приведены уточненные данные третьегоиздания. Приведенные в книге данные согласно ГОСТ 8.310-78 относятся к категории информационных.Замечания по книге следует направлять по адресу: 113114, Москва,М-114, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат.О Б О З Н А Ч Е Н И Я И Е Д И Н И Ц Ы ФИЗИЧЕСКИХ В Е Л И Ч И Н*ТемператураЭнтальпияВнутренняя энергияЭнтропияИзобарная теплоемкость—————t, °С; Т, КΛ, кДж/кг; Н, или μ h, кДж/кмольи, к Д ж / кг; U или \ли1 кДж/кмольs, к Д ж / ( к г - К ) ; 5 или μ5, кДж/(кмоль-К)ς ρ , к Д ж / ( к г - К ) ; С р иликДж/(кмоль-К)Изохорная теплоемкость — cVt к Д ж / ( к г - К ) ; Cv иликДж/(кмоль-К)Относительное давление — π — безразмерная величина.Относительный объем — θ — безразмерная величинаI.

ТАБЛИЦЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГАЗОВТ Е Р М О Д И Н А М И Ч Е С К И Е ОСНОВЫ СОСТАВЛЕНИЯ Т А Б Л И ЦПри составлении настоящих таблиц предполагается, что во всемдиапазоне табличных данных газ подчиняется уравнению состоянияидеальных газовpv = RT.(1)Неточность этого уравнения, вообще говоря, возрастает с понижением температуры и ростом давления. Практически же в теплотехнических расчетах приходится иметь дело с повышенными давлениями вобласти высоких температур и с пониженными давлениями в областисравнительно низких температур. Иными словами, практически чащевсего в теплоэнергетике имеем дело с такими параметрами состояниягазов, которые благоприятны с точки зрения точности принятого уравнения состояния. Так как внутренняя энергия и энтальпия газа, подчиняющегося уравнению (1), зависят только от температуры, то таблицымогут быть составлены только по одному параметру, что сильно упрощает расчеты.Запишем основное уравнение термодинамики в формеTds = dh — vdp(2)Tds = CpdT — vdp.(2a)илиД л я изоэнтропного процессаО = cpdT — vdp.(3)Подставив в последнее выражение вместо ν его значение и из уравнения (1), получим после разделения переменных_dp_ = Jz__dLΡR Τ(3а)ν'и после интегрированияln—= i f f άΤ·<4)РоR ϊ* о ΤτОбозначив | ~ ψ ά Τ через 5°, перепишем последнее выражение в видеЕсли принять какую-либо температуру Т0 за базовую, то отношение давлений р/ро = п0у называемое ниже относительным давлением,определится как функция температуры независимо от значения энтропии.Соответствующее отношение удельных объемов также являетсяфункцией температуры и определяется выражениемI n — = —-j-fj(6)(или00 = —= ^ ^ ·(7)Уравнение (2) можно записать в таком виде:=(8)Значение энтропии может быть определено выражениемτCpdTг.— R\np= sf> — R\np.(9)1Здесь принят отсчет энтропии от произвольно выбранного нулевогозначения при базовой температуре Г 0 и давлении, равном единице.Изменение энтропии между двумя состояниями равноS2— S1 "S2 — S\RInPi.(10)Анализируя уравнения (5), (9) и (10), можно установить, что отношение давлений pi и р2 при изоэнтропном процессе, протекающем оттемпературы Т\ до температуры Г2, соответственно равно отношениюотносительных давлений ποι и πο2, соответствующих температурам Т\и 7Уi j i \= _ποι_π\ Рг / s=constο2(11)Аналогично\ v2 /S=constθθ2ОПИСАНИЕ ТАБЛИЦНа основе приведенных выше соотношений были составлены предлагаемые таблицы термодинамических свойств газов.

Оказалось целесообразным дать подробные таблицы для каждого компонента газовойсмеси, с тем чтобы вести расчеты процессов как с отдельными газами,так и с различными газовыми смесями, в том числе и с продуктами сгорания топлив произвольного состава. При этом данные для газовойсмеси определяются по данным для компонентов по простому правилусмешения (аддитивности).6При расчете процессов с продуктами сгорания практически придетсяпользоваться четырьмя таблицами (для N2, С0 2 , 0 2 и Н 2 0 ) .

Д л я воздуха составлена отдельная таблица. Приводится т а к ж е таблица термодинамических свойств гелия, который может рассматриваться как перспективное рабочее тело газотурбинных установок для атомных электростанций.В основу расчета таблиц термодинамических свойств газов положены новейшие значения теплоемкостей, вычисленные по спектроскопическим данным с учетом новых значений фундаментальных физических констант, а для водяного пара и двуокиси углерода — с учетомцентробежной деформации молекул при их вращении.В связи с возрастающем применением в теплотехнических расчетахэлектронных вычислительных машин (ЭВМ) найдено целесообразнымзначения теплоемкости газов аппроксимировать аналитическими зависимостями и использовать эти зависимости для составления таблиц.Значения теплоемкостей газов аппроксимированы на ЭВМ методомнаименьших квадратов в виде полиномов от абсолютной температуры^= С„ = " | - " Ш " 'п=— 1(.3)На основе известных термодинамических соотношений и выражения(13) для теплоемкостей найдены значения коэффициентов в выражениях для энтальпии и энтропии:μΗ= Η = у ahn(^—Y+ bh\n-^—;г1000 'пА= О \4 ЮОО /'μ5" = S° = "У aU-^—X+ bs InjU n\ 1000 Jn=— 11000(14)1V.(15)vЗначения коэффициентов уравнений (13), (14) и (15), использованных при составлении таблиц, приведены в табл.