Объем, масса, плотность, удельный объем

Объем газов V измеряют в кубических метрах (м³). Вследствие того, что объем газов сильно изменяется при нагревании, охлаждении и сжатии, за его единицу принимают 1 м³ газа при нормальных условиях (температура — 0°С, давление — 101,3 кПа). Для указанных условий определяют основные характеристики газов и выполняются теплотехнические расчеты. При учете расхода газов для коммерческого (финансового) расчета за единицу объема принимают 1 м³ при стандартных условиях (температура — 20°С, давление — 101,3 кПа, влажность — 0%). Зависимость между объемом при нормальных и стандартных условиях:

V_o = V [273/(273 + t)][(Р_б + P_и)/101,3] = 2,695V (P_абс/T); (2.7)

V₂₀ = V₀ (273 + 20)/273 = 1,073 V₀, (2.8)

где V — объем газа, м³, измеренный при рабочих условиях; V₀ — то же, м³, при нормальных условиях; V₂₀ — то же, м3, при t = 20°С и Р = 101,3 кПа.

Любой газ способен неограниченно расширяться, поэтому знания только объема, занимаемого газом, недостаточно для определения его массы. Масса — мера вещества какого-либо тела (жидкости, газа) в состоянии покоя; скалярная величина, характеризующая инерционные и гравитационные свойства тела. Единица массы в СИ — килограмм (кг).

Таблица 2.2. Соотношение между единицами давления газа

Обозначение единиц	Па	дин/см2	кгс/м2	кгс/см2(ат)	бар	мм вод. ст.	мм рт. ст.
1 паскаль (Па)		10	0,102	102-10-6	10-5	0,102	7>10-3
1 дин/см2	0,1		10,2-10-3	1.02-10-6	10-6	10,2-10-3	750-10-6
1 кгс/м2	9,81	98,1		10-4	98,1-10-6		73.56-10-3
1 кгс/см2 (ат)	98100	9S-103	104		0,981	104	735,6
1 бар	105	106	10,2-103	1,02		10,2-103	750
1 мм вод. ст.	9,81	98,1		10-4	98,М0-6		73.56-10-3
1 мм рт. ст.	133,3	1333	13,6	1.36-10-3	1.333-10-3	13,6	1

Плотность, или масса единицы объема, обозначаемая буквой р, — отношение массы тела т, кг, к его объему, V, м³

р = m/V (2.9)

или с учетом химической формулы газа:

р = m/VM = М/22,4 (2.10)

где М — молекулярная масса (см. табл. 2.3).

Зная состав газовой смеси и плотность ее компонентов, определяем по правилу смешения среднюю плотность смеси:

Р_см =(P₁V₁ + P₂V₂ +... + P_nVJ/100 (2.11)

где р₁, р₂...р„ — плотность компонентов газового топлива, кг/м³; V₁, V₂...Vn — содержание компонентов, объем в %.

Величина, обратная плотности, называется удельным, или массовым, объемом V_yd и измеряется в кубических метрах на килограмм (м³/кг).

В практике часто, чтобы показать, на сколько 1 м³ газа легче или тяжелее 1 м³ воздуха, пользуются понятием «относительная плотность d» — отношение плотности газа к плотности воздуха:

d = р/1,293 или d = М/(22,4х1,293) (2.12-2.13)