Mavzusida insho:
Havo zichligi
Reja:
- Kirish
- 1
Ideal gaz modeli doirasidagi munosabatlar
- 1.1 Harorat, bosim va zichlik
- 1.2 Havo namligining ta'siri
- 1.3 Troposferada balandlikning ta'siri
Eslatmalar (tahrirlash)
Kirish
Havo zichligi- tabiiy sharoitda havoning birlik hajmiga yoki solishtirma og'irligiga Yer atmosferasidagi gaz massasi. Miqdori havo zichligi amalga oshirilayotgan o'lchovlarning balandligi, uning harorati va namligi funktsiyasidir. Odatda standart qiymat 1,225 kg ⁄ m deb hisoblanadi 3 , bu dengiz sathida 15 ° C da quruq havo zichligiga to'g'ri keladi.
1. Ideal gaz modeli doirasidagi munosabatlar
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.1. Harorat, bosim va zichlik
Quruq havoning zichligini ma'lum haroratda ideal gaz uchun Klapeyron tenglamasi yordamida hisoblash mumkin. va bosim:
Bu yerda ρ - havo zichligi, p- mutlaq bosim, R- quruq havo uchun o'ziga xos gaz konstantasi (287,058 J / (kg K)), T- Kelvindagi mutlaq harorat. Shunday qilib, almashtirish orqali biz quyidagilarni olamiz:
- Xalqaro nazariy va amaliy kimyo ittifoqining standart atmosferasida (harorat 0 ° C, bosim 100 KPa, nol namlik), havo zichligi 1,2754 kg ⁄ m³;
- 20 ° C, 101,325 kPa va quruq havoda, atmosferaning zichligi 1,2041 kg ⁄ m³ ni tashkil qiladi.
Quyidagi jadvalda haroratga qarab tegishli elementar formulalar asosida hisoblangan turli xil havo parametrlari ko'rsatilgan (bosim 101,325 kPa sifatida olinadi)
1.2. Havo namligining ta'siri
Namlik deganda havoda gazsimon suv bug'ining mavjudligi tushuniladi, uning qisman bosimi berilgan atmosfera sharoitlari uchun to'yingan bug' bosimidan oshmaydi. Havoga suv bug'ining qo'shilishi uning zichligining pasayishiga olib keladi, bu quruq havoning molyar massasiga (29 g ⁄ mol) nisbatan suvning quyi molyar massasi (18 g ⁄ mol) bilan izohlanadi. Nam havoni ideal gazlar aralashmasi deb hisoblash mumkin, ularning har birining zichligi kombinatsiyasi ularning aralashmasi uchun kerakli qiymatni olish imkonini beradi. Ushbu talqin -10 ° C dan 50 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida 0,2% dan kam xato darajasi bilan zichlik qiymatini aniqlash imkonini beradi va quyidagicha ifodalanishi mumkin:
nam havoning zichligi qayerda (kg ⁄ m³); p d- quruq havoning qisman bosimi (Pa); R d- quruq havo uchun universal gaz konstantasi (287,058 J ⁄ (kg K)); T- harorat (K); p v- suv bug'ining bosimi (Pa) va R v- bug 'uchun universal doimiy (461,495 J ⁄ (kg K)). Suv bug'ining bosimini nisbiy namlik asosida aniqlash mumkin:
qayerda p v- suv bug'ining bosimi; ph - nisbiy namlik va p sat - to'yingan bug'ning qisman bosimi, ikkinchisini quyidagi soddalashtirilgan ifoda sifatida ko'rsatish mumkin:
natijani millibarda beradi. Quruq havo bosimi p d oddiy farq bilan aniqlanadi:
qayerda p ko'rib chiqilayotgan tizimning mutlaq bosimini ko'rsatadi.
1.3. Troposferada balandlikning ta'siri
Standart atmosferaga nisbatan bosim, harorat va havo zichligining balandlikka bog'liqligi ( p 0 = 101325 Pa, T 0= 288,15 K, r 0 = 1,225 kg / m³).
Troposferada ma'lum bir balandlikda havo zichligini hisoblash uchun quyidagi parametrlardan foydalanish mumkin (atmosfera parametrlari standart atmosfera qiymatini ko'rsatadi):
- dengiz sathidagi standart atmosfera bosimi - p 0 = 101325 Pa;
- dengiz sathida standart harorat - T 0= 288,15 K;
- Yer yuzasida tortishishning tezlashishi - g= 9,80665 m ⁄ sek 2 (ushbu hisob-kitoblar uchun u balandlikdan mustaqil qiymat deb hisoblanadi);
- harorat pasayish tezligi balandligi bilan, troposferada - L= 0,0065 K ⁄ m;
- universal gaz doimiysi - R= 8,31447 J ⁄ (Mol K);
- quruq havoning molyar massasi - M= 0,0289644 kg ⁄ Mol.
Troposfera uchun (ya'ni, chiziqli haroratning pasayishi hududi bu erda ishlatiladigan yagona troposfera xususiyati), balandlikdagi harorat h Dengiz sathidan quyidagi formula bilan ifodalanishi mumkin:
Balandlikdagi bosim h:
Keyin zichlikni formulaga ma'lum h balandlikka mos keladigan harorat T va bosim P ni almashtirish orqali hisoblash mumkin:
Ushbu uchta formuladan (harorat, bosim va zichlik balandligiga nisbatan) o'ng tomonda ko'rsatilgan grafiklarni qurish uchun foydalaniladi. Grafiklar normallashtirilgan - ular parametrlarning umumiy harakatini ko'rsatadi. To'g'ri hisob-kitoblar uchun "nol" qiymatlari har safar dengiz sathida tegishli asboblar (termometr va barometr) ko'rsatkichlariga muvofiq almashtirilishi kerak.
Olingan differentsial tenglamalar (1.2, 1.4) suyuqlik yoki gazni tavsiflovchi parametrlarni o'z ichiga oladi: zichlik r , yopishqoqlik m , shuningdek, gözenekli muhitning parametrlari - g'ovaklik koeffitsientlari m va o'tkazuvchanlik k ... Keyingi hisob-kitoblar uchun ushbu koeffitsientlarning bosimga bog'liqligini bilish kerak.
To'kiladigan suyuqlikning zichligi... Tomchi suyuqlikni barqaror filtrlash bilan uning zichligini bosimdan mustaqil deb hisoblash mumkin, ya'ni suyuqlikni siqilmaydigan deb hisoblash mumkin: r = const .
Vaqtinchalik jarayonlarda suyuqlikning siqilishini hisobga olish kerak, bu bilan tavsiflanadi suyuqlikning hajmli siqilish nisbati b w ... Ushbu koeffitsient odatda doimiy hisoblanadi:
Dastlabki bosim qiymatlaridan oxirgi tenglikni integratsiyalash p 0 va zichlik r 0 joriy qiymatlarga qarab, biz quyidagilarni olamiz:
Bunday holda biz zichlikning bosimga chiziqli bog'liqligini olamiz.
Gazlarning zichligi... Bosim va haroratda kichik o'zgarishlarga ega bo'lgan siqilgan suyuqliklar (gazlar) ham hajmli siqilish va termal kengayish koeffitsientlari bilan tavsiflanishi mumkin. Ammo bosim va haroratning katta o'zgarishi bilan bu koeffitsientlar keng chegaralarda o'zgaradi, shuning uchun ideal gaz zichligining bosim va haroratga bog'liqligi quyidagilarga asoslanadi. Kliperon - Mendeleyev holat tenglamasi:
qayerda R '= R / M m- gazning tarkibiga qarab gaz konstantasi.
Havo va metan uchun gaz konstantasi mos ravishda teng, RN havo = 287 J / kg K˚; Rn metan = 520 J / kg K˚.
Oxirgi tenglama ba'zan quyidagicha yoziladi:
 | (1.50) |
Oxirgi tenglamadan ko'rinib turibdiki, gaz zichligi bosim va haroratga bog'liq, shuning uchun gaz zichligi ma'lum bo'lsa, unda gazning bosimi, harorati va tarkibini ko'rsatish kerak, bu noqulay. Shuning uchun normal va standart jismoniy holatlar tushunchalari kiritiladi.
Oddiy sharoitlar harorat t = 0 ° S va bosim p = 0,1013 ° MPa da mos keladi. Oddiy sharoitlarda havo zichligi r v.n.us = 1,29 kg / m 3 ga teng.
Standart shartlar harorat t = 20 ° C va bosim p = 0,1013 ° MPa da mos keladi. Standart sharoitda havo zichligi r v.st.us = 1,22 kg / m 3 ga teng.
Shuning uchun, ushbu sharoitlarda ma'lum zichlikdan, bosim va haroratning boshqa qiymatlarida gaz zichligini hisoblash mumkin:
Kollektor haroratini hisobga olmaganda, biz kelajakda ishlatadigan ideal gaz holati tenglamasini olamiz:
qayerda z - haqiqiy gaz holatining ideal gazlar qonunidan og'ish darajasini tavsiflovchi koeffitsient (o'ta siqilish koeffitsienti) va ma'lum bir gaz uchun bosim va haroratga bog'liq. z = z (p, T) ... Supersiqilish koeffitsienti qiymatlari z D. Braun grafiklari bilan aniqlanadi.
Yog 'qovushqoqligi... Tajribalar shuni ko'rsatadiki, neft (ko'pik nuqtasidan yuqori bosimlarda) va gazning yopishqoqlik koeffitsientlari bosim ortishi bilan ortadi. Bosimning sezilarli o'zgarishi bilan (100 MPa gacha) qatlam moylari va tabiiy gazlarning yopishqoqligining bosimga bog'liqligini eksponent sifatida qabul qilish mumkin:
 | (1.56) |
Bosimdagi kichik o'zgarishlar uchun bu qaramlik chiziqli.
Bu yerda m 0 - belgilangan bosimdagi yopishqoqlik p 0 ; b m - eksperimental tarzda va neft yoki gaz tarkibiga qarab aniqlangan koeffitsient.
Shakllanish porozligi... G'ovaklik koeffitsienti bosimga qanday bog'liqligini bilish uchun suyuqlik bilan to'ldirilgan g'ovak muhitda ta'sir qiluvchi kuchlanishlar masalasini ko'rib chiqaylik. Suyuqlikdagi bosimning pasayishi bilan gözenekli muhitning skeletidagi kuchlar kuchayadi, shuning uchun g'ovaklik kamayadi.
Qattiq fazaning kichik deformatsiyasi tufayli, odatda, g'ovaklikning o'zgarishi bosimning o'zgarishiga chiziqli bog'liq deb hisoblanadi. Tog' jinslarining siqilish qonuni quyidagi tarzda yoziladi, tanishtiriladi qatlamning hajmli elastiklik koeffitsienti b c:
qayerda m 0 - bosimdagi g'ovaklik koeffitsienti p 0 .
Turli donador jinslar uchun laboratoriya tajribalari va dala tadqiqotlari qatlamning hajmli elastiklik koeffitsienti (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1 ekanligini ko'rsatadi.
Bosimning sezilarli o'zgarishi bilan g'ovaklikning o'zgarishi tenglama bilan tavsiflanadi:
va katta - eksponensial uchun:
 | (1.61) |
Singan qatlamlarda o'tkazuvchanlik g'ovakli qatlamlarga qaraganda bosimga qarab intensiv ravishda o'zgaradi, shuning uchun bog'liqlikni hisobga olgan holda singan qatlamlarda. k (p) granuladan ko'ra ko'proq kerak.
Qatlamni to'yingan suyuqlik yoki gaz va g'ovakli muhit uchun holat tenglamalari differentsial tenglamalar tizimini yopadi.
GAZLARNING FIZIK XUSUSIYATLARI
1. Gazning zichligi - 0 0 haroratda va 0,1 MPa (760 mm Hg) bosimdagi 1 m 3 gazning massasi. Gazning zichligi bosim va haroratga bog'liq. Gazlarning zichligi 0,55 - 1 g / sm 3 oralig'ida o'zgarib turadi.
Odatda ishlatiladi nisbiy zichlik havo bilan (o'lchovsiz qiymat - gaz zichligining havo zichligiga nisbati; normal sharoitda havo zichligi 1,293 kg / m 3).
2. Gazlarning yopishqoqligi - uning harakati paytida paydo bo'ladigan gazlarning ichki ishqalanishi. Gazlarning yopishqoqligi juda past 1. 10 -5 Pa.s. Gazlarning bunday past yopishqoqligi ularning yoriqlar va teshiklar orqali yuqori harakatlanishini ta'minlaydi.
3. Gazlarning eruvchanligi - eng muhim xususiyatlaridan biri. Gazlarning neft yoki suvda eruvchanligi 5 MPa dan ko'p bo'lmagan bosimga bo'ysunadi Genri qonuni, ya'ni. erigan gaz miqdori bosim va eruvchanlik koeffitsientiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
Yuqori bosimlarda gazning eruvchanligi bir qator ko'rsatkichlar bilan aniqlanadi: harorat, kimyoviy tarkibi, er osti suvlarining sho'rligi va boshqalar. Uglevodorod gazlarining yog'lardagi eruvchanligi suvdagiga qaraganda 10 baravar yuqori. Yog'li gaz yog'da quruq gazga qaraganda yaxshiroq eriydi. Engilroq yog'lar og'irroqlarga qaraganda ko'proq gazni eritadi.
4. Gazning kritik harorati... Har bir gaz uchun bosim qanchalik katta bo'lishidan qat'i nazar, u suyuq holatga o'tmaydigan harorat mavjud, ya'ni. tanqidiy t(CH 4 uchun t cr = –82,1 0 C). Metan gomologlari suyuq holatda bo'lishi mumkin (C 2 H 6 uchun t cr = 32,2 0 C, C 3 H 8 t cr = 97,0 0 C).
5. Diffuziya Bu gazlarning molekulyar darajadagi o'z-o'zidan kontsentratsiyalarni kamaytirish yo'nalishi bo'yicha harakatlanishi.
6. Kollektor gazining hajm koeffitsienti Kollektor sharoitidagi gaz hajmining standart sharoitdagi bir xil gaz hajmiga nisbati
(T = 0 0 va P = 0,1 MPa).
V g = V g pl / V g st
Kollektordagi gazning hajmi standart sharoitlarga qaraganda 100 baravar kam, chunki gaz juda siqiladi.
GAZ KONDENSATLARI
Gaz nafaqat neftda, balki neft gazda ham erishi mumkin. Bu muayyan sharoitlarda sodir bo'ladi, xususan:
1) gaz hajmi neft hajmidan katta;
2) bosim 20-25 MPa;
3) harorat 90-95 0 S.
Bunday sharoitda suyuq uglevodorodlar gazda eriy boshlaydi. Asta-sekin, aralashma butunlay gazga aylanadi. Bu hodisa deyiladi retrograd bug'lanish. Shartlardan biri o'zgarganda, masalan, rivojlanish jarayonida qatlam bosimi pasayganda, bu aralashmadan suyuq uglevodorodlar ko'rinishidagi kondensat chiqa boshlaydi. Uning tarkibi: C 5, H 12 (pentan) va undan yuqori. Bu hodisa deyiladi retrograd kondensatsiya.
Gaz kondensati gaz kondensati to'planishining suyuq qismidir. Gaz kondensatlari engil moylar deb ataladi, chunki ular tarkibida asfalt-qatronli moddalar mavjud emas. Gaz kondensatining zichligi 0,65-0,71 g / sm 3 ni tashkil qiladi. Gaz kondensatlarining zichligi chuqurlik bilan ortadi va rivojlanish jarayonida u ham o'zgaradi (odatda ortadi).
Nam va barqaror kondensatni ajrating.
Xom - bu gazsimon komponentlar erigan sirtga chiqarilgan suyuq faza. Xom kondensat to'g'ridan-to'g'ri dala separatorlarida ajratish bosimi va haroratida olinadi.
Turg'un gaz kondensati xom ashyoni gazsizlantirish yo'li bilan olinadi, u suyuq uglevodorodlardan (pentan) va undan yuqori bo'ladi.
GAZ HIDRATLARI
Ko'pgina gazlar suv - qattiq moddalar bilan kristalli gidratlarni hosil qiladi. Bu moddalar gaz gidratlari deb ataladi va past haroratlarda, yuqori bosimlarda va sayoz chuqurlikda hosil bo'ladi. Tashqi ko'rinishida ular bo'shashgan muz yoki qorga o'xshaydi. Ushbu turdagi konlar G'arbiy va Sharqiy Sibirning abadiy muzli hududlarida va shimoliy dengizlar suvlarida topilgan.
Gaz gidratlaridan foydalanish muammosi hali yetarlicha ishlab chiqilmagan. Gazgidratlarini ishlab chiqarishning barcha masalalari rezervuarda gaz gidratlari gaz va suvga ajraladigan sharoitlarni yaratishga qadar qaynatiladi.
Bu talab qiladi:
1) qatlamdagi bosimning pasayishi;
2) haroratning ko'tarilishi;
3) maxsus reagentlar qo'shilishi.
Kon va konlarda neft va gaz xossalarining qonuniyatlari va o'zgarishi
Bu neft va gazlarning fizik-kimyoviy o'zgarishlari, konga kirib boradigan suv ta'sirida va qatlam bosimi va haroratining o'zgarishi natijasida sodir bo'ladi. Shu sababli, neft va gazning o'zlashtirish jarayonida o'zgarishlarning asosli prognozlari uchun aniq g'oyalarga ega bo'lish kerak: a) neft va gazning xossalarining kollektor hajmi bo'yicha o'zgarishining qonuniyatlari to'g'risida. rivojlanish; b) neft va gazlarning mahsuldor rezervuarga kiradigan suvlar bilan fizik-kimyoviy o'zaro ta'siri jarayonlari (ayniqsa, qatlam suvidan farqli tarkibdagi in'ektsiya suvlari bilan); v) quduqning ishlashi natijasida mahsuldor qatlamdagi suyuqliklarning harakat yo'nalishlari bo'yicha; d) rezervuarning rivojlanishi davridagi qatlam bosimi va haroratining o'zgarishi haqida. Kollektor hajmi bo'yicha neft va gaz xossalarining o'zgarishi qonuniyatlari. Xuddi shu rezervuar ichida erigan neft va gaz xossalarining to'liq bir xilligi juda kam uchraydigan hodisadir. Neft konlari uchun xususiyatlarning o'zgarishi odatda juda muntazam bo'lib, birinchi navbatda zichlikning oshishi bilan namoyon bo'ladi, shu jumladan optik zichlik, yopishqoqlik, asfalt-qatronli moddalar, parafin va oltingugurt, qatlam chuqurligi oshgani sayin, ya'ni cho'qqidan. qanotlarga va yuqoridan pastgacha qalin qatlamlarda. Ko'pgina konlarda zichlikning haqiqiy o'zgarishi odatda 0,05-0,07 g / sm3 dan oshmaydi. Biroq, ko'pincha ortib borayotgan zichlik gradienti va uning mutlaq qiymatlari neft-suv aloqasiga bevosita yaqin joyda keskin ortadi.Ko'pincha, izolyatsion qatlam ustidagi neft zichligi amalda doimiy bo'ladi.Tog' jinslari, neftning zichligi ortib borishi bilan kamayadi. chuqurlik, minimal darajaga etadi va keyin OWC ga yaqinlashganda ortadi. Ta'riflangan naqshlar buklangan maydonlarning yuqori konlari uchun eng xosdir. Ularning paydo bo'lishining asosiy sababi qatlam ichidagi gaz, neft va suvning qatlamlanishiga o'xshash qatlam ichidagi zichlik bo'yicha neftlarning gravitatsion tabaqalanishi (tabaqalanishi). OWC zonasida va ochiq turdagi neft konlarining yuqori qismlarida yog'larning xususiyatlarining sezilarli o'zgarishi oksidlanish jarayonlari bilan bog'liq.
Yog 'miqdori past bo'lgan va keng OWC zonasi bo'lgan platforma maydonlarining konlari uchun gravitatsiyaviy tabaqalanish ancha zaifroq namoyon bo'ladi va neft xususiyatlarining o'zgarishiga asosiy ta'sir pastki suv ostidagi zonadagi oksidlanish jarayonlari orqali amalga oshiriladi.
Yog 'zichligining oshishi bilan bir vaqtda, qoida tariqasida, uning yopishqoqligi oshadi, asfalt-qatronli moddalar va kerosin miqdori va erigan gazlarning gaz tarkibi va to'yinganlik bosimi pasayadi.
Gazlarning yuqori diffuziya faolligiga qaramasdan, ularning tarkibining bir kon ichida o'zgaruvchanligi kam uchraydigan hodisadan uzoqdir. Bu kislotali komponentlar tarkibida eng keskin namoyon bo'ladi - karbonat angidrid CO 2 va ayniqsa vodorod sulfidi H 2 S. Vodorod sulfidini taqsimlashda odatda zonallik kuzatiladi, bu vodorod sulfidi kontsentratsiyasining muntazam o'zgarishida ifodalanadi. hudud. Odatda konning balandligi bo'ylab konsentratsiyada aniq muntazam o'zgarishlar kuzatilmaydi.
Gaz miqdori past va kondensat-gaz nisbati past bo'lgan neft romsiz gaz kondensati konlari, qoida tariqasida, ancha barqaror gaz tarkibi, tarkibi va kondensat chiqishiga ega. Biroq, gaz kondensati omborining balandligi 300 m dan ortiq bo'lsa, tortishish tabaqalanish jarayonlari sezilarli darajada namoyon bo'la boshlaydi, bu esa kondensat tarkibining kollektor tubida, ayniqsa keskin ravishda ko'payishiga olib keladi - suv ombori uchun. yuqori darajadagi gaz miqdori va yog'li jant. Bunday holda, suv omborining pastki qismlarida kondensat miqdori suv omborining tepasiga qaraganda bir necha baravar yuqori bo'lishi mumkin. Xususan, suv omborining yaqin dala qismidagi quduqlarda kondensat-gaz koeffitsienti 180 sm 3 / m 3, gaz-neft kontakti yaqinida esa 780 sm 3 / m 3, ya'ni 4 marta bo'lgan misollar ma'lum. . Kondensat chiqishi 100 sm 3 / m 3 dan ortiq bo'lsa, gaz miqdori yuqori bo'lgan ko'plab konlar uchun 1,5-2 faktorli tebranishlar odatiy holdir.
Olingan differentsial tenglamalar (1.2, 1.4) suyuqlik yoki gazni tavsiflovchi parametrlarni o'z ichiga oladi: zichlik r , yopishqoqlik m , shuningdek, gözenekli muhitning parametrlari - g'ovaklik koeffitsientlari m va o'tkazuvchanlik k ... Keyingi hisob-kitoblar uchun ushbu koeffitsientlarning bosimga bog'liqligini bilish kerak.
To'kiladigan suyuqlikning zichligi... Tomchi suyuqlikni barqaror filtrlash bilan uning zichligini bosimdan mustaqil deb hisoblash mumkin, ya'ni suyuqlikni siqilmaydigan deb hisoblash mumkin: r = const .
Vaqtinchalik jarayonlarda suyuqlikning siqilishini hisobga olish kerak, bu bilan tavsiflanadi suyuqlikning hajmli siqilish nisbati b w ... Ushbu koeffitsient odatda doimiy hisoblanadi:
Dastlabki bosim qiymatlaridan oxirgi tenglikni integratsiyalash p 0 va zichlik r 0 joriy qiymatlarga qarab, biz quyidagilarni olamiz:
Bunday holda biz zichlikning bosimga chiziqli bog'liqligini olamiz.
Gazlarning zichligi... Bosim va haroratda kichik o'zgarishlarga ega bo'lgan siqilgan suyuqliklar (gazlar) ham hajmli siqilish va termal kengayish koeffitsientlari bilan tavsiflanishi mumkin. Ammo bosim va haroratning katta o'zgarishi bilan bu koeffitsientlar keng chegaralarda o'zgaradi, shuning uchun ideal gaz zichligining bosim va haroratga bog'liqligi quyidagilarga asoslanadi. Kliperon - Mendeleyev holat tenglamasi:
qayerda R '= R / M m- gazning tarkibiga qarab gaz konstantasi.
Havo va metan uchun gaz konstantasi mos ravishda teng, RN havo = 287 J / kg K˚; Rn metan = 520 J / kg K˚.
Oxirgi tenglama ba'zan quyidagicha yoziladi:
 | (1.50) |
Oxirgi tenglamadan ko'rinib turibdiki, gaz zichligi bosim va haroratga bog'liq, shuning uchun gaz zichligi ma'lum bo'lsa, unda gazning bosimi, harorati va tarkibini ko'rsatish kerak, bu noqulay. Shuning uchun normal va standart jismoniy holatlar tushunchalari kiritiladi.
Oddiy sharoitlar harorat t = 0 ° S va bosim p = 0,1013 ° MPa da mos keladi. Oddiy sharoitlarda havo zichligi r v.n.us = 1,29 kg / m 3 ga teng.
Standart shartlar harorat t = 20 ° C va bosim p = 0,1013 ° MPa da mos keladi. Standart sharoitda havo zichligi r v.st.us = 1,22 kg / m 3 ga teng.
Shuning uchun, ushbu sharoitlarda ma'lum zichlikdan, bosim va haroratning boshqa qiymatlarida gaz zichligini hisoblash mumkin:
Kollektor haroratini hisobga olmaganda, biz kelajakda ishlatadigan ideal gaz holati tenglamasini olamiz:
qayerda z - haqiqiy gaz holatining ideal gazlar qonunidan og'ish darajasini tavsiflovchi koeffitsient (o'ta siqilish koeffitsienti) va ma'lum bir gaz uchun bosim va haroratga bog'liq. z = z (p, T) ... Supersiqilish koeffitsienti qiymatlari z D. Braun grafiklari bilan aniqlanadi.
Yog 'qovushqoqligi... Tajribalar shuni ko'rsatadiki, neft (ko'pik nuqtasidan yuqori bosimlarda) va gazning yopishqoqlik koeffitsientlari bosim ortishi bilan ortadi. Bosimning sezilarli o'zgarishi bilan (100 MPa gacha) qatlam moylari va tabiiy gazlarning yopishqoqligining bosimga bog'liqligini eksponent sifatida qabul qilish mumkin:
 | (1.56) |
Bosimdagi kichik o'zgarishlar uchun bu qaramlik chiziqli.
Bu yerda m 0 - belgilangan bosimdagi yopishqoqlik p 0 ; b m - eksperimental tarzda va neft yoki gaz tarkibiga qarab aniqlangan koeffitsient.
Shakllanish porozligi... G'ovaklik koeffitsienti bosimga qanday bog'liqligini bilish uchun suyuqlik bilan to'ldirilgan g'ovak muhitda ta'sir qiluvchi kuchlanishlar masalasini ko'rib chiqaylik. Suyuqlikdagi bosimning pasayishi bilan gözenekli muhitning skeletidagi kuchlar kuchayadi, shuning uchun g'ovaklik kamayadi.
Qattiq fazaning kichik deformatsiyasi tufayli, odatda, g'ovaklikning o'zgarishi bosimning o'zgarishiga chiziqli bog'liq deb hisoblanadi. Tog' jinslarining siqilish qonuni quyidagi tarzda yoziladi, tanishtiriladi qatlamning hajmli elastiklik koeffitsienti b c:
qayerda m 0 - bosimdagi g'ovaklik koeffitsienti p 0 .
Turli donador jinslar uchun laboratoriya tajribalari va dala tadqiqotlari qatlamning hajmli elastiklik koeffitsienti (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1 ekanligini ko'rsatadi.
Bosimning sezilarli o'zgarishi bilan g'ovaklikning o'zgarishi tenglama bilan tavsiflanadi:
va katta - eksponensial uchun:
 | (1.61) |
Singan qatlamlarda o'tkazuvchanlik g'ovakli qatlamlarga qaraganda bosimga qarab intensiv ravishda o'zgaradi, shuning uchun bog'liqlikni hisobga olgan holda singan qatlamlarda. k (p) granuladan ko'ra ko'proq kerak.
Qatlamni to'yingan suyuqlik yoki gaz va g'ovakli muhit uchun holat tenglamalari differentsial tenglamalar tizimini yopadi.
5-sahifa
Mutlaq harorat
Doimiy hajmda o'ralgan gazning bosimi Selsiy shkalasi bo'yicha o'lchangan haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsional emasligini tushunish oson. Bu, masalan, oldingi bobda keltirilgan jadvaldan aniq. Agar 100 ° C da gaz bosimi 1,37 kg / sm2 bo'lsa, u holda 200 ° S da 1,73 kg / sm2 ni tashkil qiladi. Selsiy termometri bilan o'lchangan harorat ikki baravar, gaz bosimi esa atigi 1,26 marta oshdi. Albatta, buning ajablanarli joyi yo'q, chunki Selsiy termometrining shkalasi shartli ravishda, gazning kengayish qonunlari bilan bog'liq holda o'rnatiladi. Biroq, gaz qonunlaridan foydalanib, gaz bosimi ushbu yangi shkalada o'lchangan haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladigan harorat shkalasini yaratish mumkin. Ushbu yangi shkaladagi nol mutlaq nol deb ataladi. Bu nom, ingliz fizigi Kelvin (Uilyam Tomson) (1824-1907) tomonidan isbotlanganidek, hech qanday jismni bu haroratdan pastroq sovutib bo'lmasligi sababli qabul qilingan.
Shunga ko'ra, bu yangi shkala mutlaq haroratlar shkalasi deb ham ataladi. Shunday qilib, mutlaq nol -273 ° C ga teng bo'lgan haroratni ko'rsatadi va hech qanday sharoitda hech qanday jismni sovutib bo'lmaydigan haroratdir. 273 ° + t1 sifatida ifodalangan harorat Tselsiy shkalasi bo'yicha t1 ga teng haroratga ega bo'lgan tananing mutlaq haroratini ifodalaydi. Odatda mutlaq haroratlar T harfi bilan belgilanadi. Shunday qilib, 2730 + t1 = T1. Mutlaq haroratlar shkalasi ko'pincha Kelvin shkalasi deb ataladi va T ° K sifatida qayd etiladi. Yuqoridagilarga asoslanib.
Olingan natijani so'zlar bilan ifodalash mumkin: doimiy hajmga o'ralgan ma'lum bir gaz massasining bosimi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bu Charlz qonunining yangi ifodasidir.
Formula (6) 0 ° C dagi bosim noma'lum bo'lgan hollarda ham foydalanish uchun qulay.
Gaz hajmi va mutlaq harorat
Formuladan (6) siz quyidagi formulani olishingiz mumkin:
Doimiy bosimdagi gazning ma'lum bir massasining hajmi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bu Gey-Lyusak qonunining yangi ifodasidir.
Gaz zichligi haroratga nisbatan
Agar harorat ko'tarilsa va bosim o'zgarmasa, ma'lum bir gaz massasining zichligi qanday bo'ladi?
Eslatib o'tamiz, zichlik tana massasining hajmga bo'linishiga teng. Gazning massasi doimiy bo'lganligi sababli, qizdirilganda, uning zichligi hajmi qanchalik ko'p bo'lsa, shuncha kamayadi.
Ma'lumki, agar bosim doimiy bo'lsa, gazning hajmi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Binobarin, doimiy bosimdagi gazning zichligi mutlaq haroratga teskari proportsionaldir. Agar d1 va d2 t1 va t2 haroratlarda gaz zichligi bo'lsa, u holda munosabatlar
Gaz holatining birlashgan qonuni
Biz gazning holatini tavsiflovchi uchta kattalikdan biri (bosim, harorat va hajm) o'zgarmagan holatlarni ko'rib chiqdik. Agar harorat o'zgarmas bo'lsa, bosim va hajm bir-biri bilan Boyl-Mariot qonuni bilan bog'liqligini ko'rdik; agar hajm doimiy bo'lsa, u holda bosim va harorat Charlz qonuni bilan bog'liq; agar bosim doimiy bo'lsa, u holda hajm va harorat Gey-Lyusak qonuni bilan bog'liq. Gazning ma'lum bir massasi bosimi, hajmi va harorati o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatamiz, agar bu uchta kattalik o'zgarsa.
Ayrim gaz massasining boshlang'ich hajmi, bosimi va mutlaq harorati V1, P1 va T1 ga teng bo'lsin, oxirgilari - V2, P2 va T2 - Dastlabki holatdan yakuniy holatga o'tish ikki bosqichda sodir bo'lganligini tasavvur qilish mumkin. . Masalan, avval gazning hajmi V1 dan V2 ga o'zgardi, T1 harorati esa o'zgarishsiz qolsin. Hosil bo'lgan gaz bosimi Pav deb belgilanadi.Keyin doimiy hajmda harorat T1 dan T2 ga, bosim esa Pav dan o'zgardi. ga. Keling, jadval tuzamiz:
Boyl qonuni - Mariotte
Charlz qonuni
Birinchi o'tish uchun biz Boyl-Mariotte qonunini yozamiz
Charlz qonunini ikkinchi o'tishga qo'llash orqali yozish mumkin
Ushbu tengliklarni muddatga ko'paytirib, ularni Pcp bilan bekor qilsak, biz quyidagilarni olamiz:
Demak, ma'lum bir massa yoki gaz hajmining uning bosimiga ko'paytmasi gazning mutlaq haroratiga proportsionaldir. Bu gaz holatining yagona qonuni yoki gaz holati tenglamasidir.
Qonun Dalton
Hozirgacha biz har qanday gazning bosimi haqida gapirganmiz - kislorod, vodorod va boshqalar. Lekin tabiatda va texnologiyada biz ko'pincha bir nechta gazlar aralashmasi bilan shug'ullanamiz. Bunga eng muhim misol azot, kislorod, argon, karbonat angidrid va boshqa gazlar aralashmasidan iborat havodir. Gaz aralashmasining bosimi nimaga bog'liq?
Biz kolbaga havodagi kislorodni (masalan, fosfor) kimyoviy bog'laydigan moddaning bir qismini joylashtiramiz va kolbani tiqin va nay bilan tezda yopamiz. simob manometriga ulangan. Biroz vaqt o'tgach, havodagi barcha kislorod fosfor bilan birlashadi. Ko'ramiz, bosim o'lchagich kislorod chiqarilishidan oldingi bosimdan pastroq bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, havoda kislorod mavjudligi uning bosimini oshiradi.
Gazlar aralashmasining bosimini aniq o'rganish birinchi marta ingliz kimyogari Jon Dalton (1766-1844) tomonidan 1809 yilda amalga oshirilgan. Agar aralashmani tashkil etuvchi gazlarning har birida qolgan gazlar chiqarilganda bo'ladigan bosim. aralashmaning egallagan hajmi bu gazning parsial bosimi deb ataladi. Dalton gazlar aralashmasining bosimi ularning qisman bosimlari yig'indisiga teng ekanligini aniqladi (Dalton qonuni). E'tibor bering, Dalton qonuni yuqori siqilgan gazlarga, shuningdek, Boyl - Mariott qonuniga taalluqli emas.
Gazlarning zichligi
Gazlar, suyuqliklardan farqli o'laroq, past zichlik bilan ajralib turadi. Gazning normal zichligi 0 ° C haroratda bir litr massa va 1 kgf / sm2 bosimdir. Har qanday gazning bir molekulasining massasi uning zichligiga proportsionaldir.
Gaz zichligi c bosimga mutanosib ravishda o'zgaradi va gaz massasi m ning u egallagan V hajmiga nisbati bilan o'lchanadi:
Amaliy maqsadlar uchun turli gazlarni bir xil bosim va harorat sharoitida havoga nisbatan zichligi bilan tavsiflash qulay. Turli gazlarning molekulalari har xil massaga ega bo'lganligi sababli, ularning bir xil bosimdagi zichligi molyar massalarga proportsionaldir.
Gazlarning zichligi va ularning zichligining havo zichligiga nisbati:
Asosiy gaz qonunlari
Gazlarga xos xususiyat shundaki, ular o'z hajmi va shakliga ega emas, balki ular joylashgan idishning hajmini egallaydi va shakllanadi. Gazlar idishning hajmini bir xilda to'ldiradi, kengayish va eng katta hajmni egallashga harakat qiladi. Barcha gazlar yuqori siqilish xususiyatiga ega. Haqiqiy gazlarning molekulalari hajmi va o'zaro tortishish kuchlariga ega, ammo bu qiymatlar juda ahamiyatsiz. Haqiqiy gazlar uchun hisob-kitoblarda odatda ideal gazlar uchun gaz qonunlaridan foydalaniladi. Ideal gazlar shartli gazlar bo`lib, ularning molekulalari hajmiga ega bo`lmaydi va jozibador kuchlar yo`qligi sababli bir-biri bilan o`zaro ta`sir qilmaydi va ular o`rtasidagi to`qnashuvlarda elastik ta'sir kuchlaridan tashqari boshqa kuchlar harakat qilmaydi. Bu gazlar Boyl qonunlariga qat'iy rioya qiladi - Mariotte, Gey-Lyussak va boshqalar.
Harorat qanchalik baland bo'lsa va bosim past bo'lsa, haqiqiy gazlarning harakati ideal gazlarga shunchalik yaqinroq bo'ladi. Past bosimlarda barcha gazlarni ideal deb hisoblash mumkin. Taxminan 100 kg / sm2 bosimda haqiqiy gazlarning ideal gazlar qonunlaridan og'ishlari 5% dan oshmaydi. Haqiqiy gazlarning ideal gazlar uchun olingan qonunlardan chetga chiqishi odatda ahamiyatsiz bo'lganligi sababli, ideal gazlar qonunlaridan ko'plab amaliy muammolarni hal qilishda erkin foydalanish mumkin.
Boyl qonuni - Mariotte
Tashqi bosim ta'sirida gaz hajmini o'lchash V hajm va P bosimi o'rtasida Boyl-Mariot qonuni bilan ifodalangan oddiy bog'liqlik mavjudligini ko'rsatdi: gazning ma'lum bir massasi (yoki miqdori) doimiydagi bosimi. harorat gaz hajmiga teskari proportsionaldir:
P1: P2 = V1: V2,
bu yerda R1 - V1 hajmdagi gaz bosimi; P2 - V2 hajmdagi gaz bosimi.
Bundan kelib chiqadiki:
R1 * V1 = P2 * V2 yoki R * V = const (t = const da).
Bu postulat quyidagicha tuzilgan: gazning berilgan massasi bosimining mahsuloti va uning hajmi, agar harorat o'zgarmasa (ya'ni, izotermik jarayon davomida) doimiy bo'ladi.
Agar, masalan, P = 0,5 kgf / sm2 bosim ostida 8 litr gaz olsak va bosimni doimiy doimiy haroratda o'zgartirsak, quyidagi ma'lumotlar olinadi: 1 kgf / sm2 da gaz 4 litr hajmni egallaydi. , 2 kgf / sm2 - 2 litr, 4 kgf / sm2 - 1 litr; 8 kgf / sm2 da - 0,5 litr.
Shunday qilib, doimiy haroratda bosimning har qanday oshishi gaz hajmining pasayishiga olib keladi va gaz hajmining pasayishi bosimning oshishiga olib keladi.
Doimiy haroratda gaz hajmi va bosimi o'rtasidagi bog'liqlik sho'ng'in amaliyotida turli xil hisob-kitoblar uchun keng qo'llaniladi.
Gey Lussak va Charlz qonunlari
Gey-Lyussak qonuni gazning hajmi va bosimining haroratga bog'liqligini ifodalaydi: doimiy bosimda ma'lum gaz massasining hajmi uning mutlaq haroratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:
bu erda T1 va T2 - Kelvin (K) dagi harorat, bu ° C + 273,15 haroratga teng; bular. 0 ° C? 273 K; 100 ° C - -373 K, va 0oK = -273,15 oC.
Binobarin, haroratning har qanday oshishi hajmning oshishiga olib keladi, yoki boshqacha qilib aytganda, V berilgan gaz massasi hajmining o'zgarishi doimiy bosimdagi gaz haroratining t o'zgarishiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir (ya'ni, bosim paytida). izobar jarayon). Ushbu pozitsiya quyidagi formula bilan ifodalanadi:
bu erda V1 - berilgan haroratdagi gaz hajmi; V0 - 0 ° S da boshlang'ich gaz hajmi; b - gazning hajmli kengayish koeffitsienti.
Turli xil gazlar bir xil darajada qizdirilganda, hajmning nisbiy o'sishi barcha gazlar uchun bir xil bo'ladi. b koeffitsienti barcha gazlar uchun 1/273 yoki 0,00367 oS-1 ga teng hajm ortishi bilan doimiydir. Gazlarning hajmli kengayish koeffitsienti 0 ° C da qancha hajmni egallashini ko'rsatadi, agar u doimiy bosimda 1 ° C ga qizdirilsa, gaz hajmi ortadi.
Bosim va harorat o'rtasidagi munosabatlar bir xil qonuniyatga bo'ysunadi, ya'ni: berilgan gaz massasi bosimining o'zgarishi doimiy hajmdagi haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir (ya'ni, izoxorik jarayonda: yunoncha "isos" so'zidan - teng. va "xorema" - sig'im) , bu formula bilan ifodalanadi:
Pt = P0 (1 + bt),
bu yerda Rt - berilgan haroratdagi gaz bosimi; R0 - 0 ° S da dastlabki gaz bosimi; b - gazning hajmli kengayish koeffitsienti.
Bu munosabatlar J.L.Gey-Lyussak nashr etilishidan 25 yil oldin J.Charlz tomonidan oʻrnatilgan va koʻpincha Charlz qonuni deb ataladi. Doimiy bosimdagi hajmning haroratga bog'liqligi ham birinchi marta Charlz tomonidan o'rnatildi.
Gaz haroratining pasayishi bilan uning bosimi pasayadi va -273,15 ° S haroratda har qanday gazning bosimi nolga teng. Bu harorat mutlaq nol harorat deb ataladi. Bunday holda, molekulalarning xaotik termal harakati to'xtaydi va issiqlik energiyasining miqdori nolga aylanadi. Charlz va Gey-Lyussak qonunlarini ifodalovchi yuqoridagi bog'liqliklar suv osti sho'ng'ishlarini tayyorlash va rejalashtirishda muhim amaliy muammolarni hal qilishga imkon beradi, masalan, harorat o'zgarishi bilan silindrlardagi havo bosimini aniqlash, havo zaxiralari va ma'lum bir chuqurlikda yashash vaqtida tegishli o'zgarish, va hokazo. NS.
Ideal gaz holati tenglamasi
Agar hajm, bosim va harorat o'rtasidagi bog'liqlik bir-biriga bog'langan bo'lsa va bitta tenglamada ifodalansa, u holda Boyl - Mariotte va Gey-Lyussak qonunlarini birlashtirgan ideal gaz uchun holat tenglamasi olinadi. Bu tenglama birinchi marta B.P.Klayperon tomonidan oʻzidan oldingilar taklif qilgan tenglamalarni oʻzgartirish yoʻli bilan olingan. Kliperon tenglamasi shundan iboratki, ma'lum massadagi gaz bosimining hajmga mutlaq haroratga bo'lingan mahsuloti gazning joylashgan holatiga bog'liq bo'lmagan doimiy qiymatdir. Ushbu tenglamani yozishning bir shakli:
Bunda gaz konstantasi r gazning tabiatiga bog'liq bo'ladi. Agar gazning massasi mol (gram-molekula) bo'lsa, gaz doimiysi R universal bo'lib, gazning tabiatiga bog'liq emas. 1 molga teng gaz massasi uchun tenglama quyidagi shaklni oladi:
R ning aniq qiymati 8,314510 J mol -1 K-1 ga teng
Agar biz 1 mol emas, balki m massali gazning istalgan miqdorini olsak, u holda ideal gazning holatini 1874 yilda D.I.Mendeleyev tomonidan birinchi marta yozgan hisob-kitoblar uchun qulay Mendeleyev - Kliperon tenglamasi bilan ifodalash mumkin:
bu yerda m - gazning massasi, g; M - molyar massa.
Ideal gaz holati tenglamasidan sho'ng'in amaliyotida hisob-kitoblar uchun foydalanish mumkin.
Misol. + 10 ° C haroratda va 125 kgf / sm2 bosimda 2,3 kg vodorod hajmini aniqlang.
bu yerda 2300 - gazning massasi, g; 0,082 - gaz doimiyligi; 283 - harorat T (273 + 10); 2 - vodorod M ning molyar massasi. Tenglamadan kelib chiqadiki, gazning idish devorlariga ta'sir qiladigan bosimi quyidagicha:
Bu bosim yo m> 0 da (gaz deyarli yo'qolganda) yo'qoladi yoki V>? (gaz cheksiz kengayganda) yoki T> 0 da (gaz molekulalari harakat qilmasa).
Van der Vaals tenglamasi
Hatto M. V. Lomonosov ham molekulalar orasidagi masofalar o'z o'lchamlari bilan solishtirish mumkin bo'lgan juda yuqori bosimlarda Boyl - Mariott qonuni to'g'ri bo'lishi mumkin emasligini ta'kidladi. Keyinchalik, ideal gazlarning xatti-harakatlaridan og'ishlar juda yuqori bosim va juda past haroratlarda sezilarli bo'lishi to'liq tasdiqlandi. Bunday holda, ideal gaz tenglamasi gaz molekulalari orasidagi o'zaro ta'sir kuchlarini va ular egallagan hajmni hisobga olmagan holda noto'g'ri natijalar beradi. Shuning uchun 1873 yilda Yan Diderik van der Vaals ushbu tenglamaga ikkita tuzatish kiritishni taklif qildi: bosim va hajm uchun.
Avogadro qonuni
Avogadro gipotezani ilgari surdi, unga ko'ra, harorat va bosimning bir xil sharoitlarida, kimyoviy tabiatidan qat'i nazar, barcha ideal gazlar, hajm birligiga teng miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi. Bundan kelib chiqadiki, gazning teng hajmlari massasi ularning molekulyar massasiga proportsionaldir.
Avogadro qonuniga asoslanib, o'rganilayotgan gazlarning hajmlarini bilib, ularning massasini aniqlash va aksincha, gazning massasi bo'yicha uning hajmini aniqlash mumkin.
Gaz dinamikasi qonunlari
Dalton qonuni. Gaz aralashmasining bosimi aralashmani tashkil etuvchi alohida gazlarning qisman (qisman) bosimlari yig'indisiga teng bo'ladi, ya'ni har bir gazning hajmida bir xil haroratda olinganda alohida ishlab chiqaradigan bosimlar. aralashmasi.
Qisman gaz bosimi Pr berilgan gazning foiz C ga va gaz aralashmasining mutlaq bosimi Pabs ga mutanosibdir va quyidagi formula bilan aniqlanadi:
Pr = Pa6s S / 100,
bu erda Pr - aralashmadagi gazning qisman bosimi, kg / sm2; C - aralashmadagi gazning hajmli miqdori,%.
Bu qonunni yopiq hajmdagi gazlar aralashmasini taroziga qo'yilgan turli og'irlikdagi og'irliklar to'plami bilan solishtirish orqali ko'rsatish mumkin. Ko'rinib turibdiki, har bir og'irlik tarozida boshqa og'irliklar bo'lishidan qat'i nazar, unga bosim o'tkazadi.
