Содержание к диссертации
ЕВБЩЕНИЕ 5
ГЛАВА I. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛО- И
ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ВЕЩЕСТВ В ОКОЛОКРИТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ 9
1.1. Предварительные замечания 9
1.2. Экспериментальные исследования теплопро -водности веществ в околокритической об ласти 10
1.3. Экспериментальные исследования темпера туропроводности веществ в околокритичес
кой области 25
Выводы по первой главе 38
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ОДНО ВРЕМЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛО- И
ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ 39
2.1. Выбор метода исследования 39
2.2. Теоретические основы метода измерения коэффициентов тепло- и температур проводности 41
2.2.1. Расчетное уравнение 41
2.2.2. Влияние толщины нагревателя 43
2.3. Экспериментальная установка 44
2.3.1. Интерферометр 45
2.3.2. Измерительная ячейка 47
2.3.3. Измерительный узел 49
2.3.4. Система термостатирования 51
2.3.5. Термокомпрессор -
2.4. Мэтодика проведения эксперимента и расчет коэффициентов ОС и Л 56
2.4.1. Общие положения 56
2.4.2. Методика расчета коэффициентов ,тепло- и температуропроводности... 61
2.4.3. Настройка и некоторые особенности интерферометра 62
2.4.4. Подготовка измерительной системы и фотографирование процесса 64
2.4.5. Измерение и контроль температуры.. 68
2.4.6. Измерение плотности теплового по тока 69
2.4.7. Измерение давления 70
2.4.8. Отсчет времени 71
2.4.9. Измерение расстояний X/ ; X;; Хт 42
2.5. Пробные измерения 73
Выводы по второй главе 73
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛО- И
ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ЭТИЛЕНА В ОКОЛОКРИТИЧЕ
СКОЙ ОБЛАСТИ 75
3.1. Краткая характеристика исследуемого вещества 75
3.2. Результаты измерений коэффициентов температуропроводности 79
3.3. Результаты измерения коэффициентов теплопроводности 86
3.4. Сравнение результатов измерения с данными ,других авторов
4 3.5. Погрешность измерений 95
3.5.1. Погрешность измерения коэффициентов температуропроводности 96
3.5.2. Погрепшость измерения коэффициентов теплопроводности этилена 100
Выводы по третьей главе 102
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104
ЛИТЕРАТУРА 105
Введение к работе
Критическая точка характеризуется тем, что вторые производные от термодинамических потенциалов в ней претерпевают скачок. В окрестности критической точки, т.е. при достаточно малом "температурном расстояниии от этой точки, т.е. при /, главную роль играет не закон взаимодействия частиц, а крупномасштабные флуктуации. Ш существование приводит к особенностям в изменении различных физических параметров вблизи критической точки. Например, резко уменьшаются коэффициенты температуропроводности и диффузии. Это приводит к большим временам релаксации, благодаря чему возникающие в среде незначительные неоднородности рассасываются очень медленно. Опыты показывают, что для достижения в околокритической области полной изотермичности нужно термостатировать измерительную ячейку с исследуемой средой больше суток, выдерживая высокую стабильность температуры. Изотермическая сжимаемость, которая определяется из выражения по мере приближения к критической точке расходится, с„ к бесконности. Сушение (Ш к бесконечности
означает, что плотность становится бесконечно чувствительной к малым изменениям давления. Поэтому даже при небольшой высоте слоя рост сжимаемости вызывает неоднородность плотности вещества, а небольшие флуктуации давления приводят к значительным флуктуациям плотности. Система становится механически и термически неустойчивой. Все это делает задачу исследования критических явлений чрезвычайно трудной.
При изучении свойств переноса трудность усугубляется отсутствием критерия для определения порога возникновения конвекции. Уравнение гидродинамики с учетом сжимаемости и диссипации оказывается очень сложным, поэтому обычно рассматривается влияние одного из этих факторов на условия возникновения конвекции. В результате получают два независимых критерия: Релея и Шварцшильда [і]. Критерий Релея - в предположении, что можно пренебречь величиной изотермической сжимаемости, т.е. изменением плотности, связанным с наличием градиента температуры. Критерий Шварцшильда - в предположении, что можно пренебречь влиянием вязкости и теплопроводности, т.е. учитывается только влияние изотермической сжимаемости. В критической области все перечне -ленные факторы становятся существенными.
Имеется несколько работ, посвященных изучению условий возникновения конвекции с одновременным учетом сжимаемости и диссипации [2,3,4,5j. В этих работах получены новые критерии, определяющие условия возникновения конвекции в плоском слое при нижнем подогреве. В полученные критерии входят некоторые пара -метры жидкости, величины которых в околокритической области в настоящее время определены недостаточно точно. Это затрудняет практическое использование полученных критериев. Поэтому в настоящее время наиболее изученными являются равновесные характеристики, что позволило создать статическую теорию критических явлений. Динамическая же теория критических явлений находится в стадии зарождения, так как исследование динамических явлений представляется более сложной проблемой.
Известно, что гидродинамическое поведение простой жидкой системы можно описать, используя три кинетических коэффициента: теплопроводности -Л » сдвиговой вязкости - -р и объемной вязкости. Еще совсем недавно даже качественное поведение этих коэффициентов вблизи критической точки не было известно.
До 60-х годов текущего столетия существовало разрозненное, а порой и противоречивое мнение о поведении некоторых кинетических коэффициентов вещества в околокритическом состоянии. В на -стоящее время наличие аномалий теплопроводности является неоспоришм фактом, и перед учеными стоит задача получения достоверных количественных характеристик.
До последнего времени исследования проводились в основном на таких веществах, как С02 , Аг Хе , Sf6 и бинарные смеси, критические параметры болыпинства из которых легко достижимы, а многие технически важные вещества, применяемые в химической промышленности, не исследованы. Поэтому в качестве исследуемого вещества нами был выбран этилен.
Выбор этилена - одного из важнейших продуктов органического синтеза - представляет значительный интерес как с прикладной точки зрения, так и с точки зрения теории критических явлений.
Диссертация состоит из трех глав.
Первая глава посвящена обзору и критическому анализу экспериментальных работ по исследованию коэффициентов тепло- и температуропроводности жидкостей в околокритической области, при этом отмечаются основные достоинства и недостатки методов, использованных для измерения коэффициентов тепло- и температуропроводности.
Во второй главе описывается экспериментальная установка и методика одновременного измерения коэффициентов тепло- и температуропроводности.
В третьей главе приводятся результаты измерений и их анализ.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю, д.т.н., профессору Айтугану Гарифовичу Усманову, а также сот -рудникам кафедры ТОТ КХТИ к.т.н., доц.Д.Г.Амирханову и к.т.н., ассист. Ф.М.умерову за повседневную помощь и ценные советы при выполнении настоящей работы.
Похожие диссертации на Экспериментальное исследование тепло- и температуропроводности этилена в околокритической области
