Содержание к диссертации
Введение
1 Теоретические методы описания термодиффузии в многокомпонентных газовых системах 14
1.1 Строгая кинетическая теория 14
1.2 Элементарная кинетическая теория 21
1.3 Описание термодиффузии в рамках термодинамики необратимых процессов 29
1.4 Обзор экспериментальных исследований по термодиффузии в многокомпонентных газовых системах 34
2 Экспериментальные методы исследования термодиффузии в газовых смесях 44
2.1 Характеристики термодиффузии в газовых системах 44
2.2 Двухколбовый метод 46
2.3 Метод разделительных «качелей» (качающийся разделитель) 48
2.4 Термодиффузионная колонна 50
2.5 Установка и методика исследования термодиффузионного разделения в трехкомпонентных газовых системах
2.5.1 Описание установки 52
2.5.2 Методика исследования термодиффузионного разделения в трехкомпонентных газовых системах 57
2.6 Методика определения термо диффузионной постоянной в многокомпонентных газовых системах из экспериментальных данных 67
3 Термодиффузия в разреженных трехкомпонентных газовых системах 72
3.1 Результаты эксперимента и расчета по строгой кинетической теории ... 72
3.2 Полуэмпирический метод расчета термодиффузионных характеристик в трехкомпонентных газовых системах 87
3.2.1 Сравнение экспериментальных и расчетных данных 91
Основные результаты и выводы 112
Литература
- Описание термодиффузии в рамках термодинамики необратимых процессов
- Обзор экспериментальных исследований по термодиффузии в многокомпонентных газовых системах
- Установка и методика исследования термодиффузионного разделения в трехкомпонентных газовых системах
- Результаты эксперимента и расчета по строгой кинетической теории
Введение к работе
Актуальность работы
Решение задач тепломассообмена, фазового равновесия, сепарации, дегазации, выпадения газоконденсата и других процессов необходимо во многих областях науки и техники. Развитие газовой, нефтяной, химической и других отраслей промышленности требует знания теплофизических свойств веществ и, в частности, характеристик молекулярного массопереноса – диффузии и термодиффузии. Явление термодиффузии заключается в изменении состава газовой смеси в горячей и холодной областях при наложении на нее градиента температур. Во многих случаях термодиффузия является процессом, который может существенно воздействовать на течение других процессов или вызывать их появление. Поэтому необходимо либо вводить соответствующую поправку на термодиффузию, либо исключать ее влияние на течение технологических процессов.
В настоящее время процесс термодиффузии описывается двумя теориями: кинетической и термодинамической. Кинетическая теория в свою очередь разбивается на две: элементарную и строгую. Наибольшее распространение для описания термодиффузии получила строгая кинетическая теория. Однако, как следует из проведенного различными исследователями анализа, расчеты по строгой кинетической теории не всегда приводят к согласию между теорией и экспериментом, наблюдаются расхождения как качественного, так и количественного характера. Элементарная теория в настоящее время развита только для модели твердых сфер.
Экспериментально термодиффузия в многокомпонентных газовых системах на данный момент исследована недостаточно полно. Так, по имеющимся данным, даже по трехкомпонентным системам исследовано около 160 смесей газов различного состава для 13 систем газов. Более подробно исследованы только три трехкомпонентные системы: He-N2-Ar, H2-He-Ar, He-Ar-CO2, для которых исследовано 88 смесей газов. При этом выполненные к
настоящему моменту измерения не позволяют сделать однозначный вывод о согласии теории и эксперимента, а также о влиянии третьего компонента на термодиффузионное разделение двух других компонентов смеси.
Изучение процесса термодиффузии в многокомпонентных газовых
системах требует проведения экспериментального исследования
термодиффузионного разделения в широком диапазоне концентраций и температур с целью проверки возможности расчета термодиффузионных постоянных (ТДП) по существующим теориям и полуэмпирическим методам расчета. Результаты такого исследования являются основой при разработке схемы и методики, позволяющей рассчитать ТДП в пределах погрешности эксперимента.
Работа выполнялась в соответствии с заданием и планами научно-
исследовательской работы по госбюджетной теме 7.4312.2011
«Экспериментальное и теоретическое исследование зависимости
теплофизических характеристик молекулярного массопереноса от
термодинамических параметров» (гос. рег. 01201253802), научно-
исследовательской работы в рамках базовой части государственного задания
Минобрнауки России № 2014/123 на выполнение государственных работ в
сфере научной деятельности проект № 2493 «Исследование и разработка
методов, моделей и технологий интеллектуального анализа данных и
поддержки принятия решений в топливно-энергетическом комплексе» (гос. рег.
01201458416).
Цель работы
Экспериментальное и теоретическое исследование термодиффузионного разделения в разреженных трехкомпонентных газовых системах, содержащих технически важные газы, при различных составах смеси и температурах.
Основные задачи исследования
- Провести эксперименты по определению термодиффузионных характеристик трехкомпонентных газовых систем для различных концентраций компонентов и температур эксперимента.
Проанализировать зависимость экспериментальных данных по термодиффузионному разделению трехкомпонентных газовых смесей от концентрации и температуры.
Разработать метод расчета термодиффузионных постоянных в широком интервале составов газовых смесей и температур.
Научная новизна работы заключается в следующем:
получены экспериментальные данные по термодиффузионному разделению ряда разреженных трехкомпонентных газовых систем, содержащих технически важные газы, в широком диапазоне концентраций и температур;
значительная часть данных по термодиффузионному разделению в исследованной области термодинамических параметров получена впервые;
предложена схема и методика расчета по ней термодиффузионных постоянных в трехкомпонентных газовых системах в широком диапазоне изменения концентраций и температур, использующая ТДП бинарных систем.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в результате исследования экспериментальные данные и формулы для расчета ТДП могут быть использованы:
для пополнения баз данных по термодиффузионному разделению в трехкомпонентных газовых системах;
при расчете тепломассообменных процессов, многофазной фильтрации, фазового равновесия, процессов горения, а также проектировании и разработке оборудования в самых различных областях науки и техники – энергетике, газовой и химической промышленности и т.п.
для развития кинетической теории многокомпонентных газовых систем.
Обоснованность и достоверность выводов обеспечивается надежными экспериментальными данными, корректным использованием кинетической теории при получении расчетной формулы, а также согласием между экспериментальными и расчетными данными.
Основные положения, выносимые на защиту:
результаты экспериментального исследования термодиффузионного разделения в трехкомпонентных газовых системах при различных составах смесей и температурах эксперимента;
формулы для расчета и обобщения ТДП в широком диапазоне концентраций и температур.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы
докладывались на конференциях:
XIV Российской конференции (с международным участием) по теплофизическим свойствам веществ (РКТС-14), 15-17 октября 2014 г., Казань.
XXV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-25», 28-30 мая 2012 г., Саратов, СГТУ.
19, 20 Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиотехника, электроника и энергетика», Москва, НИУ «МЭИ» 2013, 2014 гг.
III, IV Международных научно-технических конференциях «Энергетика, информатика, инновации», Смоленск, филиал МЭИ в г. Смоленске, 2013, 2014 гг.
IX – XII Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика», Смоленск, филиал МЭИ в г. Смоленске 2012 – 2015 гг.
Публикации
Основное содержание диссертации изложено в 3 статьях,
опубликованных в рецензируемых журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus; 7 статьях в ведущих российских рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в Перечень ВАК России; 1 монографии, а также в 11 статьях в других научно-технических сборниках и сборниках трудов и тезисов докладов международных и российских
конференций. В рамках выполнения диссертационной работы также получено 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в
диссертации. Соискателем лично получены следующие результаты: проведен
анализ современного состояния теоретических и экспериментальных
исследований по термодиффузии в многокомпонентных газовых системах;
получена значительная часть экспериментальных данных по
термодиффузионному разделению в разреженных трехкомпонентных газовых
системах; осуществлен анализ полученных экспериментальных данных;
предложена схема и методика расчета по ней ТДП в трехкомпонентных
газовых системах через ТДП соответствующих бинарных систем, даны
рекомендации по использованию предложенной схемы расчета; полностью
выполнены расчеты ТДП по существующим теориям и предложенной схеме
расчета для рассматриваемых в работе систем газов; реализовано программное
обеспечение для расчета термодиффузионных характеристик в
трехкомпонентных газовых системах по предложенной методике, а также программное обеспечение для расчета термодиффузионных постоянных в бинарных и трехкомпонентных газовых смесях в рамках кинетических теорий.
Структура и объем диссертации
Материалы диссертации изложены на 129 страницах основного текста, включающих 24 рисунка и 17 таблиц. Работа состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка использованных источников из 178 наименований и двух приложений на 29 страницах.
Описание термодиффузии в рамках термодинамики необратимых процессов
Часть обозначений приведена в данной работе ранее, остальные обозначение такие же, как и в монографии [62]. В случае бинарных смесей соответствующие выражение можно получить из соотношений (1.16) и (1.17) и они полностью совпадают с первым приближением Чепмена-Энскога [10,41].
Выражение для aTlJm , полученное Ван-дер-Валком, будет верно, как и выражение для бинарных смесей Чепмена-Энскога, при следующих ограничениях: - между молекулами учитываются только двойные столкновения; - потенциал взаимодействия между молекулами сферически симметричен; - не учитываются квантовые эффекты при взаимодействии молекул; - газовая смесь рассматривается как сплошная среда, без учета поверхностных эффектов; - рассматриваются только упругие взаимодействия молекул между собой. Расчет значений аТіт по данной теории достаточно трудоемкий и, к сожалению, как и для бинарных систем [14,70,71], не всегда приводит к результатам, совпадающим с экспериментом в многокомпонентных газовых системах [59,61,72]. Следует отметить, что данная теория дает не только количественное несовпадение с экспериментом, но и качественное.
Попытки развить строгую кинетическую теорию термодиффузии для многокомпонентных газовых систем многоатомных газов [73 - 75] пока не дали результатов. В основу элементарной кинетической теории положена локально равновесная функция распределения молекул по скоростям и длина свободного пробега молекул между их взаимодействиями. Основы данной теории были заложены Максвеллом [32], Больцманом [39], Мейером [76] и Джинсом [33,34]. То, что явление термодиффузии следует из элементарной кинетической теории, впервые в 1939 году показал Джиллиспай [35]. Дальнейшее развитие эта теория получила в работах Фюрта. В работе [36] им было получено выражение для термодиффузионного отношения km бинарной смеси газов через массы молекул и длины свободного пробега для переноса числа частиц и тепловой скорости. Кроме того, им дано отличное от Чепмена [77] объяснение явления термо диффузии.
Впервые термодиффузия в многокомпонентных газовых смесях в рамках элементарной кинетической теории рассмотрена в работе Валлея и Винтера [78]. Остановимся на ней более подробно.
Используя теорию Фюрта [36], выражение для потока газа компонентов і и) в «-компонентной смеси в отсутствии градиента давления можно записать в следующем виде:
Здесь xt и wii - мольная доля и масса компонента /, киТ- постоянная Больцмана и температура, U и lj - значения длин свободного пробега компонента / для переноса числа молекул и количества движения, соответственно. Далее в работе [78] используется Джинсовская длина свободного пробега [33], которая для переноса числа молекул выглядит следующим образом: lt = і , где rij - числовая плотность молекул вида -j, Оу - диаметр столкновения молекул / ну, ті и irij - массы молекул сорта / nj, соответственно, Vi ІУІ - персистенция скоростей, vt - составляющая скорости в данном направлении после столкновения, а о vt - до столкновения. Соответствующее выражение для вычисления 0у - можно записать в виде
Длина свободного пробега для переноса количества движения по Джинсу выглядит следующим образом: Выражение (1.21) отличается от выражения (1.19) только численным множителем Fy. При Fy = 1 выражение (1.21) полностью идентично выражению (1.19). Множитель Fy является функцией только масс молекул, и получить точное выражение для его вычисления в настоящее время не удалось.
В работе [78] на основе качественных рассуждений предлагается вычислять его по следующей формуле: Другие методы вычисления Fy содержатся в работе [33]. Согласно выражению (1.18) для «-компонентной смеси получается (п - 1) независимых уравнений. Учитывая, что в стационарном состоянии: grad xt = 0, (123) из уравнения (1.18) с учетом (1.23) можно получить следующее выражение: grad xt = —п grad In Т, (1.24)
В выражении (1.24) стоящий перед gradlnT множитель фактически представляет собой термодиффузионное отношение кп, интегральная величина которого может быть сопоставлена с его экспериментальным значением.
Вычисленные по формуле (1.24) значения термодиффузионных отношений для бинарных смесей в случае твердых сфер согласуются с экспериментом не хуже, чем аналогичные вычисления по теории Чепмена-Энскога [38]. В работе [61] для ряда многокомпонентных газовых смесей приведено сравнение значений aTiJm , вычисленных по теории Валлея и Винтера [78], с измеренными экспериментально. В большинстве случаев можно говорить только о качественном согласии, отклонения составляют до 80%. Это объясняется тем, что теория Валлея и Винтера [78] развита только для модели твердых сфер. Наиболее полно кинетическая теория процесса термодиффузии, основанная на концепции длины свободного пробега, была разработана Ларанжейрой [37,79,80]. Им было получено выражение для полного потока молекул /-го компонента, аналогичное уравнениям, полученным в работах [36,78].
Используя полученное уравнение для потока молекул, Мейеровский коэффициент диффузии [76] и связь между длинами свободного пробега для числовой плотности 4и тепловой скорости їк в виде: l k=(l + ak)lk, (1.25)
Обзор экспериментальных исследований по термодиффузии в многокомпонентных газовых системах
В первых экспериментах по термодиффузионному разделению трехкомпонентных газовых смесей использовался метод термодиффузионной колонны [94]. Теория разделительной колонны была впервые предложена Клузиусом и Диккелем [48]. Термодиффузионные колонны бывают двух типов. В первом газовая смесь заключена между двумя концентрическими трубками из стекла или металла, поддерживаемыми при различных температурах. Этот тип носит название концентрических колонн. Другой тип - проволочная колонна, в данном случае газ находится в трубке, вдоль оси которой расположена проволока (нить), нагреваемая электрическим током.
Из-за наличия разности температур между нитью и стенками трубки возникает радиальный градиент температур, который вызывает в исследуемой газовой смеси сразу два эффекта - термодиффузию в поперечном сечении трубки и конвективное движение газа вверх вдоль горячей нити и вниз вдоль холодной стенки. За счет конвекции происходит усиление разделения смеси в колонне.
Проволочные колонны можно рассматривать как предельный случай концентрических колонн. Оба типа могут иметь резервуары у одного или обоих концов. Размеры трубок должны соответствовать объему газовой смеси, которая подвергается разделению. В проволочных колоннах реализуется соотношение Г\ІГ2 = 5-50 [68], где г\ - радиус трубки (холодной стенки), r-i -радиус проволоки. В случае концентрической колонны отношение радиуса внешнего цилиндра к внутреннему составляет г\ІГ2 = 1,2 - 3. Длина колонны обычно ограничивается имеющимся в наличии пространством, хотя для большей эффективности можно соединять вместе несколько колонн [48].
Преимуществом проволочной колонны по сравнению с концентрической является более простая конструкция. Этот тип колонны позволяет также использовать большие температурные градиенты, а энергия, теряемая на излучение, меньше. Недостаток ее заключается в том, что проволока может подвергаться воздействию одного из компонентов смеси. Если разность температур мала, например, из-за возможности химического разложения, то предпочтительнее использовать концентрический тип колонн, так как в них могут быть получены значения коэффициента разделения большие, чем в проволочном типе, работающем при тех же температурах. В многоступенчатом аппарате может оказаться выгодным применение двух типов колонн.
Более подробно оба типа колонн, их конструктивные особенности и рекомендации по практическому применению рассмотрены в работах [15,42,135]. Математическая модель метода наиболее полно описана в работах [42,68,136]. Недостатком метода является то, что при проведении эксперимента сложно отделить изменение состава смеси за счет эффекта термодиффузии от суммарного разделения, возникающего при одновременном воздействии на смесь явлений конвекции и термодиффузии. Кроме того, на процессы переноса оказывают влияние также концентрационная диффузия, теплопроводность и вязкость. Поэтому при определении термо диффузионных характеристик необходимо вводить соответствующие поправки [14]. В силу этого метод термодиффузионной колонны позволяет провести лишь качественную оценку термо диффузионной постоянной и определить ее знак и порядок ее величины. 2.5 Установка и методика исследования термодиффузионного разделения в трехкомпонентных газовых системах
Наиболее строгим с точки зрения получения корректных значений термодиффузионных характеристик газовых смесей среди всех вышеперечисленных методов можно считать метод двухколбового аппарата. Он обладает следующими достоинствами [14]: строгость теоретической модели; простота конструкции аппарата и, следовательно, простота расчета измерительного устройства; несложность обработки результатов эксперимента; возможность измерения зависимости термодиффузионной постоянной от параметров состояния смеси (концентраций компонентов, температуры и давления) в широком диапазоне их изменения; возможность расширения функциональных возможностей экспериментального устройства.
Для экспериментального исследования термодиффузионных характеристик многокомпонентных газовых систем нами использовался модифицированный двухколбовый аппарат, аналогичный примененному в работах [137,138] для исследования зависимости термодиффузионного разделения от давления, с некоторыми конструктивными изменениями [139,140]. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.1.
В схеме установки можно условно выделить две части -термодиффузионный аппарат (ТДА) с циркуляционным контуром, в котором происходит собственно термодиффузионное разделение смеси, и устройства, необходимые для анализа разделившейся смеси - анализатор газовой смеси.
Рассмотрим функциональные части экспериментальной установки более подробно. Термодиффузионный аппарат представляет собой цилиндрическую трубку с изотермическими областями на ее концах, к которым присоединены замкнутые контуры с циркулирующей с помощью термогравитационного насоса (ТГН) газовой смесью.
Установка и методика исследования термодиффузионного разделения в трехкомпонентных газовых системах
Как показано в первом разделе настоящей работы, описание термодиффузии в многокомпонентных газовых системах связано с рядом особенностей и трудностей. В отличие от бинарных систем, которые описываются одним коэффициентом, характеризующим молекулярный массоперенос, многокомпонентные газовые системы описываются матрицей коэффициентов [41,62,63]. Как было отмечено ранее, расчет значений ТДП по строгой кинетической теории достаточно трудоемок. Кроме того, для расчета необходимо знать не только параметры потенциалов взаимодействия чистых газов, но и параметры потенциалов межчастичных взаимодействий an и Еп-Как показывает практика, расчет an и гп в соответствии с комбинационными правилами (3.1) не всегда приводит к совпадению теории и эксперимента даже для бинарных систем. Поэтому для нахождения параметров потенциалов взаимодействия разнородных молекул требуется наличие экспериментальных данных по транспортным свойствам смесей газов [14,58,70,71].
Ряд авторов работ [26,126,173] считают, что причина несовпадения значений ТДП, рассчитанных по строгой кинетической теории с экспериментом лежит также в выборе средней характеристической температуры отнесения. В работе [174] рассмотрен вопрос о нахождении средней температуры молекулярного массопереноса через исследование процесса диффузии в неизотермических и изотермических условиях.
В соответствии с этой теорией [174], в ряде работ [122,174 - 177] были проведены эксперименты, которые показали, что найденная таким образом средняя температура не совпадает ни со средней логарифмической, ни с другими общепринятыми средними температурами, а зависит от индивидуальных свойств газов, составляющих бинарную систему.
Следует отметить, что если расчет термодиффузионных характеристик по строгой кинетической теории в бинарных системах дает в основном количественное расхождение с экспериментом, то в многокомпонентных смесях, даже для относительно немногочисленных экспериментальных данных, очень часто наблюдается и качественное отклонение [59,61,72], это также видно из рисунков 3.3 и 3.5 настоящей работы. Одним из путей выхода из данного положения, на наш взгляд, является разработка на базе одной из теорий метода расчета термодиффузионных характеристик.
В рамках строгой кинетической теории на основе теории Вальдмана [62] Ван-дер-Валком [69] было получено соотношение (1.13), связывающее ТДП /-го и 7-го компонентов в «-компонентной газовой смеси. Согласно работам Вальдмана и Ван-дер-Валка, входящие в соотношение (1.13) коэффициенты уу-не могут быть определены экспериментально. В основу нашего вывода мы положили предположение о том, что коэффициенты уу, стоящие в выражении (1.13), можно отождествить со значениями ТДП aTiJ m при условии равенства отношений концентраций в бинарных и многокомпонентных системах: Используя данное предположение для трехкомпонентной смеси, соотношение (1.13) можно преобразовать к следующему виду [168]: trn bin I bin bin bin I . і i i- і bin /-. bin bin i,j,k = l,2,3,i j k,aTU = 0, aTlJ =-aTjl . To есть, в соотношении (1.13) величина ТДП в трехкомпонентной газовой смеси будет определяться через аналогичные величины в бинарных смесях газов при выполнении условия (3.2). Данное предположение имеет вполне логичное обоснование, поскольку соотношение (1.13) получено при условии, что в трехкомпонентной системе при термодиффузии отсутствуют тройные столкновения молекул.
Значения термодиффузионных постоянных aTij m можно вычислить по какой-либо теории, либо использовать экспериментальные данные. При этом значения ТДП бинарных смесей, используемые в формуле (3.3), должны быть определены при тех же значениях Т\ и Ті, что и в рассматриваемой трехкомпонентнои смеси, или при одинаковой средней характеристической температуре.
Согласно формуле (3.3), имея соответствующие значения термодиффузионных постоянных бинарных смесей, можно вычислить искомое значение ТДП в трехкомпонентнои смеси. То есть, не всегда необходимо проводить эксперименты в трехкомпонентных газовых смесях, а следует более подробно исследовать термодиффузионное разделение в бинарных смесях газов.
Результаты эксперимента и расчета по строгой кинетической теории
Следует отметить, что состав смесей газов в области, лежащей на рисунках 3.20, 3.21 выше кривой, соответствует условию обогащения промежуточным по массе молекул компонентом холодной области газовой смеси, ниже кривой - горячей области. Таким образом, условия обогащения средним компонентом той или иной области газовой смеси можно рассчитать, используя только экспериментальные данные по термодиффузионному разделению в бинарных системах газов.
При исследовании термодиффузионного разделения в трехкомпонентных газовых смесях нами было отмечено [161 - 165], что для некоторых бинарных систем наблюдается увеличение разделения легкого компонента при небольших добавках к бинарной смеси третьего компонента, более тяжелого по массе молекул, чем газы, образующие бинарную смесь. В таблице 3.3 и на рисунках Б.2, Б.З можно наблюдать увеличение разделения водорода в смеси Н2-СН4 при добавке Аг и СОг по сравнению с разделением в бинарной смеси газов. Аналогичное явление имеет место также для смеси Нг-СО при добавке СОг, и смеси Н2-СН4 при добавке Ne.
Как показали исследования термодиффузионного разделения в трехкомпонентных газовых системах, при определенных составах смесей ТДП aTij m также как и Аху могут иметь как положительный, так и отрицательный знаки. Для анализа возможности смены знака aTij m воспользуемся формулой (2.21) и соотношениями (3.9). Согласно данным формулам, значение (Хпз всегда будет положительным, (ХГ12 может быть отрицательным при выполнении двух условий: Ахг 0 и Ахг/хг Ах\/х\. Значение ХТ23 может быть отрицательным при следующих условиях: Ахг 0 и Ахг/хг Ахз/хз. Таким образом, — trn г. — trn г. — trn л /_ л „ч аТ13 0, аП2 0, аТ23 0. (3.10) 109 При этом следует отметить, что для одной и той же смеси газов аГ12 и — trn аГ23 не могут одновременно принимать отрицательные значения. На рисунках 3.12, 3.13, 3.16 -3.19 и рисунках Б.12 -Б.32 приложения Б „ _, -рг-г-г — trn — trn для отдельных смесей значения 1Д11 осГ12 и аГ23 принимают отрицательные значения. При этом, в большинстве случаев значения, меньшие — trn /-ч _ — trn нуля, принимает ат23 . Отрицательные значения 1ДП (ХГ12 нами наблюдались только для двух систем газов H2-He-N2 и Нг-Не-Аг. На наш взгляд, это можно объяснить тем, что в бинарных смесях газов при одинаковых температурах горячего и холодного сосудов значение осП2 у гелия в паре с большинством газов больше, чем у водорода с аналогичными газами, однако эта гипотеза требует уточнения.
Представленные на рисунках 3.12-3.19 и рисунках Б.12-Б.32 приложения зависимости величины ТДП от концентрации в большинстве случаев имеют криволинейный характер. Во многих случаях наблюдаются минимумы и максимумы в концентрационной зависимости ТДП. Наличие экстремумов сложно объяснить в рамках строгой кинетической теории, поскольку в таких случаях невозможно добиться согласия теории и эксперимента только подбором параметров потенциала межмолекулярного взаимодействия [59,60].
Из результатов проведенных исследований невозможно сделать однозначный вывод о влиянии массы добавочного компонента на значение термодиффузионной постоянной. Однако можно утверждать, что в большинстве случаев добавка более тяжелого компонента к бинарной смеси приводит к уменьшению величины ТДП. Влияние добавки более легкого или промежуточного по массе компонента на величину ТДП носит более сложный характер и зависит от состава исходной бинарной смеси и мольной доли добавочного компонента. Также можно сделать вывод о том, что для определения зависимости ТДП пары газов от мольной доли третьего добавочного компонента необходим более глубокий анализ с учетом не только массы молекул, но и параметров потенциала межчастичного взаимодействия. Расчет термодиффузионных постоянных aTij m и величин изменения состава газовой смеси между горячей и холодной областями Ахг, выполненный по описанной выше методике для 12 систем газов, в которых было исследовано около 600 газовых смесей при температурах холодной области 280 - 380 К и горячей 400 -1000 К, показал, что между рассчитанными и экспериментальными значениями наблюдается согласие в пределах погрешности эксперимента и расчета (3 - 10 %).
Аналогичные результаты по сравнению с экспериментальных и расчетных значений Ахг приведены в работе [61] для 108 смесей 7 систем газов. По предложенной методике нами также проведен расчет ТДП по данным работ [58,59 - 60] наблюдается согласие между экспериментальными и вычисленными значениями ТДП [168]. Таким образом, предложенный метод вычисления ТДП в трехкомпонентных газовых смесях через соответствующие значения ТДП бинарных смесей газов был в той или иной степени апробирован на 21 системе газов.
В целом, на основе проведенных исследований можно рекомендовать предложенную нами методику для расчета термодиффузионных характеристик в трехкомпонентных газовых смесях. Выражаем благодарность руководству и коллективу ЧП «Коленченкова» за содействие в создании экспериментальных установок и возможности проведения экспериментов.