1.3. Свойства газовых смесей

Под газовой смесью понимают механическую смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ в смеси, независимо от других газов, полностью сохраняет свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси.

Все реальные газы в диапазоне температур, характерном для систем кондиционирования воздуха, и атмосферном или близком к нему давлении полностью подходят под понятие идеального газа, поэтому каждый отдельный газ, входящий в смесь, считается идеальным газом.

Так как смесь состоит из нескольких компонентов, то ее состояние не может быть определено лишь двумя параметрами, и необходимы дополнительные величины, характеризующие состав смеси.

Обычно состав смеси идеальных газов задают массовыми долями g_i, т.е. отношением массы компонента смеси m_i к массе всей смеси m_см

.

При этом m₁ + m₂ + ... + m_n = m_см; g₁ + g₂ + ... + g_n = 1.

Иногда состав смеси задают объемными долями r_i, т.е. отношением парциального объема компонента V_i к объему смеси V_см

.

При этом

V₁ + V₂ + ...+V_n = V_см;

r₁ + r₂ + ... + r_n = 1.

Под парциальным объемом газа понимают объем, который занимал бы этот газ, если бы его температура и давление соответствовали температуре и давлению смеси.

Соотношение между массовыми и объемными концентрациями имеют вид

,

или

.

По закону Дальтона общее давление идеальных газов Р_см равно сумме парциальных давлений отдельных газов P_i , составляющих смесь,

Р_см = Р₁ + Р₂ + . (1.11)

Под парциальным давлением понимают такое давление, которое имел бы газ, входящий в состав смеси, если бы он находился в этом же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.

Для отдельных компонентов и для смеси в целом справедливо уравнение Клапейрона

P_iV_см = m_iR_iT_см; (1.12)

P_cмV_cм = m_смR_смT_см. (1.13)

Если просуммировать уравнение (1.12) по всем компонентам, то получим

. (1.14)

Согласно закону Дальтона (1.11) левые части уравнений (1.12) и (1.13) равны, следовательно, равны и правые. Тогда, можно получить следующее выражение для газовой постоянной смеси:

. (1.15)

Или, если задан объемный состав смеси, то

. (1.16)

Понятие универсальной газовой постоянной распространяется и на смеси

₁R₁ = ₂R₂ = ... = _nR_n = _смR_см = 8314,41 Дж/(кмольК).

Если известна величина газовой постоянной смеси, то средняя молекулярная масса, представляющая собой условную величину и относящаяся к такому условно однородному газу, у которого число молекул и общая масса равны числу молекул и массе смеси газов, определяется из выражения

. (1.17)

Парциальное давление газа в смеси можно определить:

- через массовые доли - из уравнения Клапейрона

. (1.18)

- через объемные доли - из закона Бойля-Мариотта

. (1.19)

Значения удельных теплоемкостей газовых смесей определяются по следующим формулам:

- смесь газов задана массовыми долями

; (1.20)

; (1.21)

- смесь газов задана объемными долями

; (1.22)

. .

Аддитивность объема и внутренней энергии идеальной газовой смеси предопределяет это свойство и для энтальпии смеси

.

Тогда для удельных величин энтальпии

i_см = g₁i₁ + g₂i₂ + ... + g_ni_n = . (1.23)