| д углом друг к другу.
Для оперативного перехода с одного вида топлива на другой (особенно в зимние месяцы), а также для совместного сжигания различных видов топлива используют комбинированные горелки: газо-мазутные и пыле-газовые. Комбинированные горелки применяют также, когда требуется создать светящееся пламя или когда на газе невозможно обеспечить нужную темп-ру в топке. Газо-мазутная горелка (рис. 2) состоит из газовой, возд. и жидкостной частей, обеспечивающих соответственно подвод необходимых для сжигания количества газа, воздуха и мазута. В пыле-газовой горелке для сжигания природного газа в крупных котлах электрич. станций газ поступает через периферийные отверстия и направляется к центру, смешиваясь по пути с закрученным потоком воздуха. Горелка снабжена телескопич. устройством с винтовым приводом, позволяющим убирать внутрь трубу, по к-рой подаётся в топку воздушно-пылевая смесь при работе котлов на газовом топливе. Телескопич. устройство препятствует попаданию пыли в щели между передвижной и стационарной частями трубы.
Увеличивается применение газотурбинных горелок, в к-рых подача воздуха осуществляется осевым вентилятором, приводимым в движение газовой турбиной. Эти Г. г. предложены в нач. 20 в. (турбогорелка Эйкарта). Под действием реактивной силы вытекающего газа турбинка, вал и вентилятор приводятся во вращение в сторону, противоположную истечению газа. Производителе ность горелки регулируется величиной давления поступающего газа. Газотурбинные горелки могут применяться в топках котлов. Перспективными являются высоконапорные турбинные Г. г. с самоподачей воздуха через рекуператоры и возд. экономайзеры; газо-мазутные Г. г. большой производительности, работающие на подогретом и холодном воздухе. О применении Г. г. для сварки и резки металлов см. в ст. Газовая сварка и Кислородная резка.
Лит.: Стаскевич Н. Л., Справочное руководство по газоснабжению, Л., 1960; Михеев В. П., Газовое топливо и его сжигание, Л., 1966; Использование газа в промышленных печах, Л., 1967.
Н. И. Рябцев.
ГАЗОВАЯ ДИНАМИКА, раздел гидроаэромеханики, в к-ром изучается движение сжимаемых газообразных и жидких сред и их взаимодействие с твёрдыми телами. Как часть физики, Г. д. связана с термодинамикой и акустикой.
Свойство сжимаемости состоит в способности вещества изменять свой первоначальный объём под действием перепада давления или при изменении темп-ры. Поэтому сжимаемость становится существенной лишь при больших скоростях движения среды, соизмеримых со скоростью распространения звука в этой среде и превосходящих её, когда в среде возникают большие перепады давления (см. Бернулли уравнение) и большие градиенты темп-ры. Современная Г. д. изучает также течения газов при высоких темп-pax, сопровождающиеся химическими (диссоциация, горение и др. химич. реакции) и физическими (ионизация, излучение) процессами. Изучение движения газов при таких условиях, когда газ нельзя считать сплошной средой, а необходимо рассматривать взаимодействие составляющих его молекул между собой и с твёрдыми телами, относится к области аэродинамики разреженных газов, основанной на молекулярно-кинетич. теории газов. Динамика сжимаемого газа при малых скоростях движения больших возд. масс в атмосфере составляет основу динамической метеорологии. Г. д. исторически возникла как дальнейшее развитие и обобщение аэродинамики, поэтому часто говорят о единой науке - аэрогазодинамике.
Теоретич. основу Г. д. составляет применение осн. законов механики и термодинамики к движущемуся объёму сжимаемого газа. Навье- Стокса уравнения, описывающие движение вязкого сжимаемого газа, были получены в 1-й пол. 19 в. Нем. учёный Б. Риман (1860), англ.- У. Ранкин (1870), франц.-А. Гюгоньо (1887) исследовали распространение в газе ударных волн, к-рые возникают только в сжимаемых средах и движутся со скоростью, превышающей скорость распространения в них звуковых волн. Риман создал также основы теории неустановившихся движений газа, т. е. таких движений, когда параметры газового потока в каждой его точке изменяются с течением времени.
Фундаментальную роль в формировании Г. д. как самостоятельной науки сыграла опубл. в 1902 работа С. А. Чаплыгина "О газовых струях". Развитые в ней методы решения газодинамич. задач получили впоследствии широкое распространение и обобщение. Плодотворный метод решения задач Г. д. предложили в 1908 нем. учёные Л. Прандтль и Т. Майер, исследовавшие частный случай течения газа с непрерывным увеличением скорости. В 1922 в работе "Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости" сов. учёный А. А. Фридман заложил основы динамич. метеорологии. В 1929 нем. учёными Л. Прандтлем и А. Бузе-маном был разработан эффективный численно-графич. метод решения широкого класса газодинамич. задач, распространённый в 1934 сов. учёным Ф. И. Франклем на более сложные случаи течения газа. Эти методы широко применяются при решении задач Г. д. с помощью ЭВМ. В 1921 в СССР была создана, а в 1927 оформилась как научное учреждение газодинамическая лаборатория, деятельность к-рой совместно с Группой изучения реактивного движения (1932) заложила основы сов. ракетной техники.
Как самостоят, раздел гидроаэромеханики Г. д. существует с 1930, когда рост скоростей в авиации потребовал серьёзного исследования влияния сжимаемости при изучении движения воздуха. В 1935 в Риме состоялся 1-й междунар. конгресс по Г. д. Интенсивное развитие Г. д. началось во время и особенно после окончания 2-й мировой войны 1939-45 в связи с широким использованием Г. д. в технике: применение реактивной авиации, ракетного оружия, ракетных и воздушно-реактивных двигателей; полёты самолётов и снарядов со сверхзвуковыми скоростями; создание атомных бомб, взрыв к-рых влечёт за собой распространение сильных взрывных и ударных волн. В этот период Г. д. выдающуюся роль сыграли исследования сов. учёных С. А. Христиановича, А. А. Дородницына, Л. И. Седова, Г. И. Петрова, Г. Г. Чёрного и др., нем. учёных Прандтля, Буземана, англ, учёных Дж. Тейлора, Дж. Лайтхилла, амер. учёных Т. Кармана, А. Ферри, У. Хейса, кит. учёного Цянь Сюэ-сэня, а также учёных др. стран.
Задачи Г. д. при проектировании разнообразных аппаратов, двигателей и газовых машин состоят в определении сил давления и трения, темп-ры и теплового потока в любой точке поверхности тела или канала, омываемых газом, в любой момент времени. При исследовании распространения газовых струй, взрывных и ударных волн, горения и детонации методами Г. д. определяются давление, темп-pa и др. параметры газа во всей области распространения. Изучение поставленных техникой сложных задач превратило совр. Г. д. в науку о движении произвольных смесей газов, к-рые могут содержать также твёрдые и жидкие частицы (напр., выхлопные газы ракетных двигателей на жидком или твёрдом топливе), причём параметры, характеризующие состояние этих газов (давление, темп-pa, плотность, электропроводность и др.), могут изменяться в широких пределах.
Для развития совр. Г. д. характерно неразрывное сочетание теоретич. методов, использования ЭВМ и постановки сложных аэродинамич. и физич. экспериментов. Теоретич. представления, частично опирающиеся на экспериментальные данные, позволяют описать с помощью уравнений движение газовых смесей сложного состава, в т. ч. многофазных смесей при наличии физико-химич. превращений. Методами прикладной математики разрабатываются эффективные способы решения этих уравнений на ЭВМ. Наконец, из экспериментальных данных определяются необходимые значения физич. и химич. характеристик, свойственных изучаемой среде и рассматриваемым процессам (коэфф. вязкости и теплопроводности, скорости химич. реакций, времена релаксации и др.).
Мн. задачи, поставленные совр. техникой перед Г. д., пока не могут быть решены расчётно-теоретич. методами, в этих случаях широко пользуются газодинамич. экспериментами, поставленными на основе подобия теории и законов гидро-динамич. и аэродинамич. моделирования. Газодинамич. эксперименты в аэрогазоди-намич. лабораториях проводятся в сверхзвуковых и гиперзвуковых аэродинамических трубах, на баллистич. установках, в ударных и импульсных трубах и на др. газодинамич. установках спец. назначения (см. также Аэродинамические измерения).
Законами Г. д. широко пользуются во внешней и внутр. баллистике, при изучении таких явлений, как взрыв, горение, детонация, конденсация в движущемся потоке. Прикладная Г. д., в к-рой обычно применяются упрощённые теоретич. представления об осреднённых по поперечному сечению параметрах газового потока и основные закономерности движения, найденные экспериментальным путём, используется при расчёте компрессоров и турбин, сопел и диффузоров, ракетных двигателей, аэродинамич. труб, эжекторов, газопроводов и мн. др. технических устройств.
Газодинамич. исследования ведутся в тех же науч. учреждениях, что и исследования по аэродинамике, а результаты их публикуются в тех же научных журналах и сборниках.
Лит.: Основы газовой динамики, под ред. Г. Эммонса, пер. с англ., М., 1963; Карман Т., Сверхзвуковая аэродинамика. Принципы и приложения, пер. с англ., М., 1948; Абрамович Г. Н., Прикладная газовая динамика, 3 изд., М., 1969; Чёрный Г. Г., Течения газа с большой сверхзвуковой скоростью, М., 1959; Станюкович К. П., Неустановившиеся движения сплошной среды, М., 1955; Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П., физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, М., 1963.
С. Л. Вишневецкий.
ГАЗОВАЯ ПЕЧЬ, промышленная печь для тепловой обработки материалов и изделий, в к-рой топливом служит газ. По условиям теплообмена различают 3 группы Г. п.: высокотемпературные, среднетемпературные и низкотемпературные. В высокотемпературных Г. п. темп-pa газов в рабочем пространстве св. 1000 °С, теплообмен осуществляется в основном лучеиспусканием. Пример высокотемпературных Г. п.- вагранки (рис. 1), мартеновские печи и печи для нагрева металла (перед прокаткой, ковкой, прессованием и т. д.). В
Рис. 2. Камерная проходная печь для нагрева заготовок: 1 - газовые коммуникации; 2 - газовая горелка; 3 - камера нагрева; 4 - огнеупорная кладка.
Рис. 3. Камерное сушило для литейных форм и стержней на газовом отоплении: 1 - газовая горелка; 2 - газовые коммуникации; 3 - камера сушки; 4 - распределительное устройство; 5 - футеровка.
среднетемпературных Г. п. темп-pa в рабочем пространстве свыше 650 °С, теплообмен производится лучеиспусканием и конвекцией. Пример среднетемпературных Г. п.- т. н. термич. печи (рис. 2), предназнач. для нагрева изделий в целях отпуска (600-700 °С), закалки (800-1000 °С) и в нек-рых случаях- нормализации (850-1100 °С). В низкотемпературных Г. п. температура в рабочем пространстве до 650 0С, теплообмен осуществляется в основном конвекцией. К низкотемпературным Г. п. относятся сушила различного назначения (напр., для литейных форм и стержней, для готовой продукции после её окраски и для древесины, идущей на изготовление тары). В сушилах (рис. 3) инжекционные газовые горелки располагают обычно вне зоны непосредств. воздействия на изделия и материал. Полученные продукты сгорания газа через распределит, устройства направляются в камеру сушки. Г. п. классифицируются также и по др. принципам (напр., технологич., конструктивному).
Высокие экономич. показатели работы Г. п. получают при организации ступенчатого использования тепла сжигаемого газа. Так, напр., продукты сгорания высокотемпературных Г. п. направляют в низкотемпературные печи или применяют для подогрева подаваемого в печь топлива.
Лит.: Михеев В. П., Газовое топливо и его сжигание, Л., 1966; Использование газа в промышленных печах, Л., 1967.
Н. И. Рябцев.
ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ, универсальная физич. постоянная R, входящая в уравнение состояния 1 моля идеального газа: pv = RT (см. Клапейрона уравнение), где р - давление, v - объём, Т - абс. темп-pa. Г. п. имеет физич. смысл работы расширения 1 моля идеального газа под постоянным давлением при нагревании на 10. С другой стороны, разность молярных теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном объёме ср - cv = R (для всех сильно разреженных газов). Г. п. обычно численно выражается в следующих единицах:
дж/град-моль . . 8 , 3143+-0 ,0012(1964год) эрг/град-моль . . 8,314*107 кал/град-моль . . 1,986 л-атм/град-молъ 82,05*10-3
Универсальная Г. п., отнесённая не к 1 молю, а к 1 молекуле, наз. Больцмана постоянной.
ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, отрасль топливной пром-сти, охватывающая разведку и эксплуатацию месторождений природного газа, дальнее газоснабжение по газопроводам, произ-во искусств, газа из угля и сланцев, переработку газа, использование его в различных отраслях пром-сти и коммунально-бытовом х-ве.
Зарождение Г. п. относится к кон. 18 - нач. 19 вв., когда стали использовать газ, получаемый из каменного угля, для освещения городов Великобритании, Франции, Бельгии и др. стран. В 1-й пол. 19 в. появились крупные установки для выработки газа из угля-газогенераторы. В дореволюционной России небольшое количество газа добывалось на нефтяных промыслах, на мелких заводах из угля производился низкокалорийный газ. Природный газ не добывался и его месторождения были неизвестны.
В СССР Г. п. получила большое развитие. Добыча и произ-во газа возросли с 0,02 млрд. м3 в 1913 до 200 млрд. м3 в 1970. По добыче газа СССР со 2-й пол. 50-х гг. занимает 1-е место в Европе и 2-е место в мире (после США). Ускоренное развитие Г. п. оказывает всё большее влияние на экономику топливоснабжения отд. р-нов и развитие производит, сил страны в целом. Удельный вес природного газа в общей добыче осн. видов топлива (в пересчёте на условное топливо) увеличился с 2,3% в 1950 до 19,2% в 1970. Основа высоких темпов развития Г. п.- наличие в недрах страны значит, запасов газа, по к-рым СССР занимает 1-е место в мире (см. Газы природные горючие).
Разведанные запасы природного газа в СССР составили на нач. 1971 15,8 триллиона м3 (в США на нач. 1969 7,8 триллиона м3). В СССР наибольшие запасы природного газа выявлены в сев. р-нах Тюменской обл., в Узб. ССР, УССР, Туркм. ССР. Особое значение имеет открытие в Зап. Сибири богатейших месторождений: Уренгойского с балансовыми запасами 3,8 триллиона м3. Заполярного - 1,6 триллиона м3. На нач. 1969 в СССР было известно 573 газовых и газоконден-сатных месторождения. Наличие разветвлённой сети магистральных газопроводов позволяет быстро подключать к ним новые месторождения.
Разработаны новые методы эксплуатации газовых месторождений в неразрывной связи с условиями транспорта и потребления газа; промысел - газопровод - потребитель составляют единую технологич. систему. Основа новых методов - макс, повышение рабочих деби-трв скважин и обеспечение добычи газа при наименьших материальных и трудовых затратах.
Развитие Г. п. в СССР характеризуется табл. 1.
Произ-во искусств, газа не растёт ввиду малой эффективности получения газа из твёрдых топлив (угля, сланцев). В небольшом объёме газ добывается и методом подземной газификации углей.
Табл. 1. -Добыча и производство газа в СССР, млрд. м3
в том числе
Годы
Всего
природный газ (включая попутный)
искусственный газ
1950
6,2
5,8
0,4
1955
10,4
9,0
1,4
1960
47,2
45,3
1,9
1965
129,4
127,7
1,7
1970
200,0
198,0
2,0
В 1968 н.-и. и проектными орг-циями Г. п. и Мин-ва геологии СССР разработаны конструкции высокодебитных скважин диаметром эксплуатац. колонны 200-300 мм (8-12 дюймов) вместо 125- 150 мм (5-6 дюймов). Каждая из этих скважин позволит получить на таких крупных газовых месторождениях, как Медвежье, Уренгойское, Заполярное, примерно 2-3 млн. м3 газа в сутки. С использованием высокодебитных скважин проектируются газовые промыслы с ежегодной добычей 50-100 млрд. м3 газа, что позволит значительно снизить себестоимость добычи газа.
Важнейшей областью Г. п. является дальняя транспортировка газа, к-рый передаётся от месторождения к потребителям в основном по газопроводам. К концу 1969 общая сеть магистральных газопроводов составила ок. 63,2 тыс. км против 0,3 тыс. км в 1940. В СССР широко внедряются трубы больших диаметров и повышаются рабочие давления газопроводов до 7,5 Мн/м2 (75 кгс/см2). Строятся газопроводы диаметром 1400 мм, ведутся н.-и. и конструкторские работы по дальнейшему повышению рабочих давлений и увеличению диаметров газопроводов, а также транспорту газа в сжиженном состоянии по трубопроводам. Для надёжности газоснабжения вблизи пром. центров создаются подземные хранилища газа. На нач. 1971 газоснабжением обеспечивалось св. 90 млн. чел. Широкая газификация населённых пунктов очищает воздушные бассейны и улучшает условия труда и быта трудящихся. Предполагается довести в 1975 газификацию жилого фонда в городах и посёлках гор. типа до 65-75%, а в сел. местности - до 40-50%.
Значит, количество газа используется в хим. пром-сти, металлургии, строит, индустрии, машиностроении и др. отраслях, в результате чего преобразуются технологич. процессы с получением высокого экономич. эффекта. Ведётся комплексное использование газа и переработка его на крупных з-дах для получения ценных продуктов - сжиженных газов, элементарной серы и пр. Намечается дальнейшее ускорение развития Г. п. и доведение добычи газа в 1975 до 300- 320 млрд. м3.
В зарубежных социалистич. странах Г. п. является молодой отраслью. Проведённые поиски газовых месторождений позволили значительно увеличить изученные запасы газа в Румынии и Венгрии; крупные месторождения природного газа открыты в Польше, растут разведанные запасы газа в Болгарии, Югославии, Чехословакии, добывается газ в ГДР. Рост ресурсов газа позволил повысить добычу и расширить использование его в различных отраслях пром-сти и для газификации населённых пунктов. В 1969 добыча природного газа достигла в Румынии 24,1 млрд. м3, в Польше 3,7 млрд. м3, в Венгрии 3,2 млрд. м3.
Значит, место в использовании газа в социалистич. странах занимают коммунально-бытовые потребители, вместе с тем всё шире применяют |
