Введение к работе
Актуальность. Интенсификация многих технологических процес сов на базе научно-обоснованных рекомендаций требует увеличения точности данных о коэффициентах диффузии многокомпонентных систем. В связи с этим важное значение имеет исследование диффузии,, в мно-гокошонентннх смесях и раскрытие физики явлений переноса.
Диффузии в многокомпонентных смесях сопутствуют эффекты, которых нет в бинарных смесях. К ним относятся так называемые "эф -факты Тура": "противодиффузия", "диффузионный барьер", " осмоти -ческая диффузия". Кроме этих особенностей при диффузии в многокомпонентный смесях появляются и другие, связанные с возникновением при определенных условиях мошннх конвективных течений, которые существенным образом влияют на эволюцию в пространстве и во времени концентрации и делают диффузию неустойчивой.
Поэтому основное внимание в работе уделено исследованию диффузионной неустойчивости методом балластного газа. Методом балластного газа исследовалась интенсивность конвективных потоков недиффузионной природы при различных термодинамических и геометричес -ких параметрах, что должно прояснить особенности механизма массо-переноса в многокомпонентных газовых смесях при повышенных давлениях.. В последние десяд'илетия для упрощения описания диффузии в многокомпонентных смесях стали приманять эффективные коэффициен -ты диффузии компонентов, введенных формально первым законом Фикг. Исследование зависимости этих коэффициентов от давления, состава и ряда других.'ПарадатрЪв носят эпизодический характер. Применение эффективных коэффициентов диффузии упрощает математический анализ массопереноса в сложных термодинамических условиях и позволяет проанализировать процесс на лииейнуо устойчивость методами, раз -работаяными в тепловой конвекции.
Эффективные коэффициенты диффузии могут быть выражены через другие коэффициенты диффузии, например, истинные, взаимные, включая коэффициенты матрица коэффициентов многокомпонентной диффузии.
В связи с выше сказанным тема диссертационной работы является актуальной.
Целью работы является: - измерение при повышенных давлениях и различных концентрациях эффективных коэффициентов-диффузии компонентов смесей.Применяемых в синтезе аммиака. На основе полученных данных разработать таблицы РСД; исследовать влияние газа-разбазитедя на диффузионную
.4
неустойчивости; определения областей устойчивой и неустойчивой диффузии.
Научная новизна работ сводится к следующему:
шервне измерены при различных давлениях и концентрациях эффективные коэффициенты диффузии девяти трехкомпонентных газовых смесей, а также четырех- и пятикомпонантных систем;
получены формулы связи матрица коэффициентов диффузии трехком-понентной смеси с эффективными коэффициентами диффузии;
изучено явление диффузионной неустойчивости в системах с газом-разбавителем при повышенных давлениях;
обнаруаена циркуляция по диффузионному каналу газа-разбавителя для неустойчивого процесса;
применен анализ на линейную устойчивость диффузионного процес -са с газом-разбавителем, который позволил установить области неустойчивой, диффузии, монотонных и колебательных возмущений;
показана возможность измерения коэффициентов взаимной диффузии набором из капилляров различного диаметра.
Практическая ценность работы. На основе обработки получен -ных экспериментальных данных по эффективным коэффициентам диффу -зии и анализа данных других авторов для четырех трехкомпонентных систем (водород-азот-аргон, водород-азот-метан, водород-аымиак-азот, водород-азот-амшшк), одной четырехкомпонентной (водород -азот-аммиак-метан), одной пятикомпснентной (водород-азот-метан -аммиак-аргон) составлены четыре таблицы рекомендуемых справочных данных (РСД), которые аттестованы Всесоюзным научно-исследова -тельским центром по материалам и веществам. Компоненты этих систем являются основными при синтезе аммиака из природного газа.-. Результаты, полученные при изучении неустойчивости в системах с балластным газом, позволяют определить количество газа-разбавителя, участвующего в циркуляции. Возможность определения областей устойчивой диффузии, монотонной и колебательной неустойчивости позволяет чётко фиксировать, в каком из состояний находится смесь, и, тем самым, раскрыть физическую картину массопереноса и существенно облегчить составление математической модели процесса. Теп -лофизическае константы измеряют, как правило, в отсутствии кон -вективного переноса, поэтому знание области протекания устойчивого процесса позволит избегать систематической сшибки, связанной с конвективным переносом.
На защиту выносятся:
- измеренные значения эффективных коэффициентов диффузии компонен
тов исследованных смесей при различных давлениях и составах;
существование циркуляции газа-разбавитоля по диффузионному пу -ти и определение количества газа, участвующего .в ней;
результати анализа трзхкомпононтннх газовшс систем с балластным газом на диффузионную устойчивость, которые позволе.пп установить области устойчивой и неустойчивой диффузии;
формулы связи коэффициентов матрицы многокомпонентной диффузии
с эффективными коэффициентам диффузии, которые определяют степень приближения ЭКД и области их'применения;
- результаты исследования, доказавшего возможность измерить ко эф -
фициенты диффузии набором капилляров различного диаметра.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на различных конференциях, а именно:
III Республиканской ыеквузовской конференции по математике и механике, посвященной 50-летию КазГУ им. С.М.Кирова. Алгла-Ата, 1984г.
Всесоюзной научно-технической конференции " Теплофизлческио из -мерения в решении актуальных задач современной науки и техники". Киев. І9Б5 г.
Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых "Явления переноса в газах и жидкостях". Алма-Ата. I9L6 г.
Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых "Новейшие исслэдо -вания в области теплофизических свойств". Тамбов. 1988г.
Всесоюзном совещании-семинаре по физике криокристаллов и диффУ -знойному массспероносу. Алма-Ата. 1969 г.
Всесоюзном оовещанппйсеминаре молодых ученых "Теплофизика ролак-сирущих систем". X Всесоюзная теплофизическая школа. Тамбов. 1990 г. '-_-
XI всесоюзной конференции по динамике разреженных газов. Ленинград. 1991 г.
Теплофизической конференции СНГ. Махачкала. 1992 .г. -
Международном совещании-семинаре молодых ученых. Международная теплофизическая школа. Тамбов: 1992 г.4
Публикации. Основное содержание' диссертации опубликовано в 14 работах.
Диссертационная работа вшолнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ, координируемым Научным Советом АН СССР по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика", ре-гистрациошшй номер 01840052774.
Структура и объем работы. Диссертация пзлояюпа на 119 стра -ницах машинописного текста и состоит-из введения, четырех глаз, заключения, списка цитированной 'лгтературы из 104 наименований,