2.2.6 Вязкость газа (рис 56-63)

Вязкость – физическое свойство вещества, которое проявляется при движении и характеризует сопротивляемость скольжению и сдвигу одной части относительно другой. Величина силы внутреннего трения между двумя движущимися слоями пропор­циональна площади соприкосновения этих слоев и изменению скорости движения в направлении, перпендикулярном плоскости соприкосновения слоев. Коэффициент про­порциональности между силой внутреннего трения и произведением площади на изменение скорости движения называется коэффициентом динамической вязкости . Размерность коэффициента динамической вязкости: сила·время/(длина)², т.е. H·с/м² или Па·с., мПа·с

Коэффициент динамической вязкости , отнесенный к плотности вещества при тех же условиях, называется кинематическим коэффициентом вязкости и имеет раз­мерность м²/с.

Коэффициент вязкости газа зависит от давления, температуры и состава газа. Методы определения коэффициента динамической вязкости газовых и газоконденсатных смесей основаны на использовании принципов соответственных состояний.

На рисунке 2.13 приведены зависимости для определения коэффициента приведенной динамической вязкости μ^*_пр природных газов при различных давлениях и температурах.

Величина μ^*_пр определяется по формуле:

(2.37)

где μ_ат – коэффициент вязкости газа при атмосферном давлении Р_ат=0,098 МПа и заданной температуре, который определяется по формуле:

(2.38)

где μ_i – коэффициент динамической вязкости i-го компонента при заданной температуре и атмосферном давлении.

Величина μ_iат определяется из графика, показанного на рисунке 2.14, или по формуле:

(2.39)

где M_i – молекулярная масса i-го компонента; – интеграл столкновений; Т – тем­пература газа; σ_i – параметр потенциалов.

Рисунок 2.13 – Зависимость приведенной вязкости μ^*_пр от приведенных давления и температуры.

Значения констант σ_i и находят потаблицам 2.2 и 2.7 по известному компонентному составу газа. Для нахождения сначала вычисляют величину:

(2.40)

Величина (ε/k)дана в таблице 2.2. Значения в зависимости отТ^* приведены в таблицах 2.6 и 2.7.

Рисунок 2.14 – Зависимость вязкости газов μ_ат от температуры при атмосферном давлении:

1 – гелий; 2 – воздух; 3 – азот; 4 – углекислый газ; 5 – сероводород; 6 – метан; 7 – этилен; 8 – этан; 9 – пропан; 10 – i-бутан; 11 – n-бутан; 12 – n-пентан; 13 – n-гексан; 14 – n-гептан; 15 – n-октан; 16 – n-нонан; 17 – n-декан.

Если в составе газа присутствуют неуглеводородные компоненты, то их влияние на величину μ_ат учитывается введением соответствующих поправок, зависящих от объемной концентрации неуглеводородных компонентов в смеси и от относительной плотности этой смеси при атмосферном давлении. Если вязкость газовой смеси μ_ат определена из графика зависимости μ_ат от относительной плотности , показанной нарисунке 2.15, то значения поправок на вязкость неуглеводородных компонентов дол­жны быть вычтены из величины μ_ат. Значения поправок на присутствие в газе неуглеводородных компонентов могут быть вычислены аналитически по форму­лам:

Таблица 2.6 – Значения интеграла столкновений для полярных компонентов

T*	δ
	0	0,25	0,50	0,75	1,00	1,50	2,00	2,50
0,1	4,1005	4,2660	4,833	5,742	6,739	8,624	10,340	11,890
0,2	3,2626	3,3050	3,516	3,914	4,439	5,570	6,637	7,618
0,3	3,8399	2,8360	2,936	3,168	3,511	4,329	5,126	5,874
0,4	2,5310	2,5220	2,586	2,749	3,004	3,640	4,582	4,985
0,5	2,2837	2,2770	2,329	2,460	2,665	3,187	3,723	4,549
0,6	2,0838	2,0810	2,130	2,543	2,417	2,862	3,329	3,786
0,7	1,9220	1,9240	1,970	2,072	2,525	2,614	3,028	3,435
0,8	1,7902	1,7950	1,840	1,934	2,070	2,417	2,788	3,560
0,9	1,6823	1,6890	1,733	1,820	1,944	2,558	2,396	2,933
1,0	1,5929	1,6010	1,644	1,725	1,838	2,124	2,435	2,746
1,2	1,4551	1,4650	1,504	1,574	1,670	1,913	2,181	2,451
1,4	13551	1,3650	1,400	1.461	1,344	1,754	1,989	2,528
1,6	1,2800	1,2890	1,321	1374	1,447	1,630	1,838	2,053
1,8	1,2219	1,2310	1,259	1,306	1,370	1,332	1,718	1,912
2,0	1,1757	1,1840	1,509	1,251	1,307	1,451	1,618	1,715
2,5	1,0933	1,1000	1,119	1,150	1,193	1,304	1,435	1,578
3,0	1,0388	1,0440	1,059	1,083	1,117	1,504	1,310	1,428
3,3	0,9986	1,0040	1,016	1,035	1,062	1,133	1,520	1,319
4,0	0,9699	0,9732	0,9830	0,9991	1,021	1,079	1,153	1,536
5,0	0,9268	0,9291	0,9360	0,9473	0,9628	1,005	1,058	1,121
6,0	0,8917	0,8979	0,9030	0,9114	0,9230	0,9545	0,9955	1,044
7,0	0,8727	0,8741	0,8780	0,8845	0,8935	0,9181	0,9505	0,989
8,0	0,8538	0,8549	0,8580	0,8632	0,8703	0,8901	0,9164	0,948
9,0	0.8379	0,8338	0,8414	0,8456	0,8515	0,8678	0,8895	0,916
10,0	0,8243	0,8251	0,8273	0,8308	0,8356	0,8493	0,8676	0,890
12,0	0,8018	0,8024	0,8039	0,8065	0,8101	0,8201	0,8337	0,850
14,0	0,7836	0,7840	0,7852	0,7872	0,7899	0,7976	0,8081	0,821
16,0	0,7683	0,7687	0,7696	0,7712	0,7790	0,7730	0,7878	0,798
13,0	0,7552	0,7554	0,7562	0,7575	0,7592	0,7642	0,7711	0,780
20,0	0,7346	0,7435	0,7445	0,7455	0,7470	0,7512	0,7569	0,764
25,0	0,7198	0,7200	0,7204	0,7211	0,7221	0,7250	0,7289	0,734
30,0	0,7010	0,7011	0,7014	0,7019	0,7026	0,7047	0,7076	0,711
35,0	0,6854	0,6855	0,6858	0,6861	0,6867	0,6883	0,6905	0,693
40,0	0,6723	0,6724	0,6726	0,6728	0,6733	0,6745	0,6762	0,678
50,0	0,6510	0,6510	0,6512	0,6513	0,6516	0,6524	0,6534	0,655
75,0	0,6140	0,6241	0,6143	0,6145	0,6147	0,6148	0,6148	0,615
100,0	0,5887	0,5889	0,5894	0,5900	0,5903	0,3901	0,5895	0,488

Таблица 2.7 – Значения интеграла столкновений при различных T^* для неполярных компонентов

T^*		T^*		T^*		T^*
0,30	2,785	1,35	1,375	2,80	1,058	4,90	0,930
0,35	2,628	1,40	1,353	2,90	1,048	5,00	0,927
0,40	2,492	1,45	1,333	3,00	1,039	6,00	0,896
0,45	2,368	1,50	1,314	3,10	1,030	7,00	0,877
030	2,257	135	1,296	3,20	1,022	8,00	0,854
0,55	2,156	1,60	1,279	3,30	1,014	9,00	0,833
0,60	2,065	1,65	1,264	3,40	1,007	10,0	0,824
0,65	1,982	1,70	1,248	3,50	0,999	20,0	0,743
0,70	1,908	1,75	1,234	3,60	0,993	30,0	0,700
0,75	1,841	1,80	1,221	3,70	0,987	40,0	0,672
0,80	1,780	1,85	1,209	3,80	0,981	50,0	0,650
0,85	1,725	1,90	1,197	3,90	0,975	60,0	0,633
0,90	1,675	1,95	1,136	4,00	0,970	70,0	0,619
0,95	1,629	2,00	1,175	4,10	0,965	80,0	0,608
1,00	1,587	2,10	1,156	4,20	0,960	90,0	0,597
1,05	1,349	2,20	1,138	4,30	0,955	100,0	0,588
1,10	1,314	2,30	1,122	4,40	0,951	200,0	0,532
1,15	1,352	2,40	1,107	4,50	0,946	300,0	0,502
1,20	1,382	2,50	1,093	4,60	0,943	400,0	0,481
1,25	1,424	2,60	1,081	4,70	0,938	–	–
1,30	1,399	2,70	1,069	4,80	0,934	–	–

(2.41)

(2.42)

(2.43)

Погрешности определения μ^*_пр из рисунка 2.13 составляют 3÷5%.

Рисунок 2.15 – Зависимость вязкости углеводородных газов μ от их относительных плотностей по воздуху (а) и поправки на величину вязкости газов, содержащих H₂S (б), N₂ (в), CO₂ (г).