實際氣體

在研究气体时,现实情况下气体分子间的相互作用力不能忽略时,气体状态方程则会偏离与压力,密度和温度的线性关系,在应用理想气体的理论时会引起一定的偏差。与理想气体相对,称为实际气体真實氣體

模型
线段FG – 液气平衡

FA区域 – 过热液体

CG区域– 过冷气体

点G – 露点

G点右侧区域 – 普通气体

红线 – 临界等温线

点K – 临界点

浅蓝线 – 超临界等温线]]

范德华(van der Waals)模型
RT=(P+\frac{a}{V_m^2})(V_m-b)

对于上式,a是同分子引力有关的常数,b是同分子自身体积有关的常数,统称为范德华常数,Vm为气体的摩尔体积,p是气体的压强,V是气体的体积,T为热力学温度,R=8.314J·mol-1·K-1

雷德利希-邝氏(Redlich–Kwong)模型
雷德利希-邝氏方程是另一个实际气体二元方程。比 范德华方程更精确,同时比大多数多元实际气体方程精确。

RT=P(V_m-b)+\frac{a}{V_m(V_m+b)T^\frac{1}{2}}(V_m-b)

*\ a 为常数,用于修正分子间引力;
*\ b 为常数,用于修正体积。

注意这里的常数a,b与范德华方程中的不同。
a=0.4275\frac{R^2T_c^{2.5}}{P_c}

b=0.0867\frac{RT_c}{P_c}

贝特罗(Berthelot)模型
贝特罗方程极少使用。

P=\frac{RT}{V_m-b}-\frac{a}{TV_m^2}

修正式更为精确:

P=\frac{RT}{V_m}\left[1+\frac{9P/P_c}{128T/T_c}\left(1-\frac{6}{(T/T_c)^2}\right)\right]

狄特里奇(Dieterici)模型
狄特里奇方程近年来亦很少使用。
P=RT\frac{\exp{(\frac{-a}{V_mRT})}}{V_m-b}.

克劳修斯模型(Clausius)
克劳修斯方程是非常简洁的三元实际气体方程。

RT=\left(P+\frac{a}{T(V_m+c)^2}\right)(V_m-b)

其中

a=\frac{27R^2T_c^3}{64P_c}

b=V_c-\frac{RT_c}{4P_c}

c=\frac{3RT_c}{8P_c}-V_c

维里(Virial) 模型
维里方程
PV_m=RT\left(1+\frac{B(T)}{V_m}+\frac{C(T)}{V_m^2}+\frac{D(T)}{V_m^3}+...\right)

PV_m=RT\left(1+\frac{B^\prime(T)}{P}+\frac{C^\prime(T)}{P^2}+\frac{D^\prime(T)}{P^3}+...\right)

其中 A, B, C, A′, B′, C′ 是温度依赖常数。

彭-罗宾逊(Peng–Robinson) 模型
:P=\frac{RT}{V_m-b}-\frac{a(T)}{V_m(V_m+b)+b(V_m-b)}

Wohl 模型
:RT=\left(P+\frac{a}{TV_m(V_m-b)}-\frac{c}{T^2V_m^3}\right)(V_m-b)

其中

:a=6P_cT_cV_c^2

:b=\frac{V_c}{4}

:c=4P_cT_c^2V_c^3.

Beattie–Bridgman 模型
:P=\frac{RT}{v^2}\left(1-\frac{c}{vT^3}\right)(v+B)-\frac{A}{v^2}

其中
:A = A_0 \left(1 - \frac{a}{v} \right)
:B = B_0 \left(1 - \frac{b}{v} \right)
这个方程在密度0.8 ρcr以下时较为精确, 其中 ρcr是物质的临界点密度。 方程中的常数如下表所列:
P的单位是kPa, V的单位是\frac{m^3}{Kmol}, R=8.314\frac{kPa.m^3}{Kmol.K}

Benedict–Webb–Rubin 模型
BWR方程

P=RTd+d^2\left(RT(B+bd)-(A+ad-a{\alpha}d^4)-\frac{1}{T^2}[C-cd(1+{\gamma}d^2)\exp(-{\gamma}d^2)]\right)

其中d是摩尔密度; a, b, c, A, B, C, α, γ 是经验常数。

常见气体之范德华常数表
参看
*理想气体
*理想气体方程式

參考資料

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