О МОНОГРАФИИ Г. Н. ДЕНА
"ВВЕДЕНИЕ В ТЕРМОГАЗОДИНАМИКУ РЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ"
(курс лекций, Санкт-Петербург, 1998 г.)
Широко используемые в настоящее время клапейроновская концепция
совершенного газа и простое калорическое уравнение явно ограничивают
решение целого ряда важных задач холодильной техники, магистрального
транспорта газа, уплотнения роторов турбомашин и др.
Г. Н. Ден, авторитетный специалист в области прикладной
термогазодинамики, в общей части своей монографии выделяет сначала
математическое описание, не зависящее от термических, калорических
и транспортных свойств газов. И только потом конкретизирует специфику
определенного реального газа. Такой, на наш взгляд, удачный методический
подход облегчает переход от задач для совершенных газов к расчетам
для реальных газов. В монографии рассматриваются ламинарные и турбулентные
течения реального газа в радиальной и кольцевой щелях с одной неподвижной
и другой - вращающейся стенками. Эти данные свидетельствуют о
существенных отличиях свойств воздуха при повышенных давлениях от
свойств совершенных газов.
Несомненную ценность представляют два приложения. В первом
даны графические зависимости свойств воздуха от давления и температуры
в диапазонах до 10 МПа и до 420 К: сжимаемость, энтальпия, теплоемкость,
скорость звука, динамическая вязкость, теплопроводность, число Прандтля.
Интерес для инженеров и проектировщиков представляет второе приложение
- "Расчет термических, калорических свойств и течений реальных
газов и газовых смесей методом Ли-Кеслера". Основу расчета составляет
набор уравнений - Бриджмена (Б), Бенедикта-Вебба-Рубина
(БВР) или Богомолова-Майера (БМ). Г. Н. Ден существенно модифицировал
метод Ли-Кеслера - он предложил для любого состава газа находить
коэффициенты в уравнениях состояния, например, в форме БВР (уравнение
Бенедикта-Вебба-Рубина) по табличным универсальным коэффициентам
сжимаемости реального газа, полученным по Ли-Кеслеру. Следует
отметить также ряд оригинальных подходов автора к термогазодинамическим
расчетам реальных газов. В отличие от общепринятых изложений математическое
описание течения дано без предварительного постулирования совершенства
газа. Уравнение состояния газа появляется лишь на стадии вывода замкнутой
системы уравнений движения для реальных газов. В частном случае идеального
газа числа Эйлера и Маха связаны простой зависимостью. Для реального
газа это не так. Вместо числа Маха для реальных газов автор рекомендует
использовать более общий критерий - число Эйлера. В частном случае
идеального газа оно всегда тождественно равно числу Маха. Далее справедливо
указывается, что для нахождения критического течения в общем случае
целесообразно пользоваться не стандартным условием M = 1,
а требованием (dV/dx)=
. Такое условие запирания
непосредственно следует из общих уравнений движения с полностью или
частично сохраненными конвективными членами.
С помощью известного метода оценок порядка каждого члена
уравнений показано, что описание течения в весьма тонких слоях естественным
образом совпадает со схемой пограничного слоя. Отмечено, что для весьма
малых (по отношению к длине) щелей вязкость реального газа существенно
влияет на критическое отношение давления на входе и выходе щели -
оно убывает с ростом относительной длины щели и зависит от числа Рейнольдса.
К тому же при высоких и фиксированных давлениях динамическая вязкость
немонотонно зависит от температуры. При сравнительно низких давлениях
с нагревом вязкость растет, а при высоких, порядка 25 Мпа, появляется
минимум на кривой как вязкости, так и теплопроводности газа.
Подчеркнута важная особенность реального газа - зависимость
скорости звука от давления. При P > 10 МПа и T = 420 К
она достигает 430 м/с. Также переменно отношение k = c p / cv,
что особенно ощутимо при умеренных температурах: 1.65
при T = 270 К и P = 10 МПа (см. Приложение 1). Тепломеханические
характеристики у природного газа оказались качественно такими же,
как у воздуха. К сожалению, автор из-за ограниченности объема монографии
не включил в нее описание свойств и характеристик аммиака, фреонов,
углеводородов. Эту ценную информацию Г. Н. Дену следует опубликовать
в своих новых работах. Целесообразно также дать там примеры последовательного
и детального расчета компрессоров и уплотнений для нагнетателей природного
газа в магистральных газопроводах и системах закачки газа в подземные
хранилища.
Монография рассчитана на научных сотрудников, преподавателей
вузов и специалистов широкого круга - теплотехников и газодинамиков
в первую очередь.
З. П. ШУЛЬМАН
IFZH7492020011
IFZH749201