Введение к работе
Актуальность работы. Исследование свойств веществ является неотъемлемой частью изучения строения материи. Для расчета различных технологических процессов и установок в энергетике, химической, газовой и других областях науки и техники также необходимо знание свойств веществ. Значительное число технологических процессов тепло- и массопереноса протекает в газовой среде в неизотермических условиях. В неизотермических условиях в газах на молекулярный перенос массы могут одновременно влиять несколько физических процессов: концентрационная диффузия, термодиффузия, тепловое скольжение. Каждое из этих явлений описывается своими коэффициентами. При описании термодиффузии ни строгая кинетическая, ни элементарная кинетическая теории не позволяют надежно вычислить характеристики термодиффузии, и для их расчета приходится прибегать к различным полуэмпирическим методам. Но, если в разреженных газах в настоящее время имеются определенные экспериментальные данные по термодиффузии, то в плотных и умеренно-плотных газовых системах количество таких данных крайне ограниченно, хотя проведенные исследования говорят о весьма существенной зависимости от давления термодиффузионного разделения (ТДР), определяемого как разность состава в двух частях термодиффузионного прибора в равновесном состоянии. Проведенные к настоящему времени измерения в основном выполнены для отдельных концентраций газовых систем при одной разности температур в зависимости от давления. Несмотря на немногочисленные экспериментальные материалы, существующие методы описания процесса термодиффузии при повышенных давлениях, такие, как теория димеров с ее модификациями и феноменологический подход в рамках неравновесной термодинамики (теория Хаазе), не позволяют описать этот процесс. Процесс термодиффузии требует дополнительного экспериментального исследования в реальных газовых системах с целью проверки существующих теорий и разработки надежных методов расчета термодиффузионных характеристик в широком диапазоне термодинамических параметров.
Работа выполнялась в соответствии с заданием и планами научно - исследовательской работы по гранту РФФИ 2003 г., проект №03-02-96375 «Теоретические основы физико-химических и тепломассообменных процессов в реагирующих гетерогенных системах для обеспечения энергосберегающих режимов работы» и госбюджетным темам, финансируемым Рособразованием РФ: тема №2001020 (гос. рег. №01200605918) «Моделирование и управление сложными теплоэнергетическими системами с химическими реакциями», 2005 г.; тема №1048060 (гос. рег. №01200202449) «Исследование закономерностей тепло- и массопереноса в неизотермических условиях в реальных газовых и парогазовых смесях», 2006-2008 гг.; тема №1048060 (гос. рег. №01200605918) «Исследование процессов молекулярного массопереноса в газовых системах с диссоциирующими компонентами в неизотермических условиях», 2009 -2010 гг.; тема №1060090 (гос. рег. №01200950540), «Экспериментальное и теоретическое исследование молекулярного массопереноса в многокомпонентных газовых смесях в неизотермических условиях», 2011 г. Цель работы:
-
Экспериментальное и теоретическое исследование зависимости от давления термодиффузионного разделения в реальных газовых системах, содержащих технически важные газы, при различных концентрациях и температурах.
-
Анализ зависимости экспериментальных данных по термодиффузионному разделению в бинарных газовых системах от давления, концентрации и температуры.
-
Получение метода расчета термодиффузионного разделения в широком интервале давлений, концентраций и температур.
Научная новизна экспериментальных и теоретических результатов заключается в следующем:
получены экспериментальные данные по термодиффузионному разделению ряда бинарных систем, содержащих технически важные газы, в широком диапазоне температур, давлений и концентраций;
большинство данных по термодиффузионному разделению в исследованной области термодинамических параметров получены впервые;
предложена формула для расчета термодиффузионного разделения в бинарных смесях газов в широком диапазоне термодинамических параметров, использующая небольшое число экспериментальных данных. Практическая ценность:
Полученные в результате исследования экспериментальные данные и методика расчета термодиффузионного разделения в широком диапазоне термодинамических параметров могут быть использованы:
для пополнения банков и баз данных по термодиффузионному разделению в бинарных газовых системах;
при расчетах тепломассообменных процессов, процессов горения и разработке оборудования в самых различных областях науки и техники - энергетике, химической, газовой промышленности и т.п.;
для развития кинетической теории газов. Обоснованность и достоверность выводов:
Обеспечивается надежными экспериментальными данными и их хорошим согласием с расчетными данными, а также корректным использованием кинетической теории при получении расчетной формулы. Основные положения, выносимые на защиту:
результаты экспериментального исследования термодиффузионного разделения девяти систем газов при различных давлениях, концентрациях и температурах;
формула для расчета термодиффузионного разделения в широком диапазоне термодинамических параметров. Апробация работы:
Материалы работы докладывались и обсуждались на:
10-11 Российских конференциях по теплофизическим свойствам веществ. Казань 2002 г., Санкт-Петербург 2008 г.
Международной научно-технической конференции «Энергетика, информатика, инновации». Смоленск 2011 г.
22, 25 Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях». Псков 2009 г., Саратов 2012 г.
9, 13, 14 Международных научно -технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Москва 2003 г., 2007 г., 2008 г.
1 -4 Межрегиональных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Информационные технологии, ресурсосбережение, энергетика и экономика». Смоленск 2004-2007 гг.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, из которых 2 статьи в журналах из перечня ВАК и 16 статей, докладов и тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях. Структура и объем работы.
Материалы диссертации изложены на 137 страницах основного текста, включающего 41 рисунок и 15 таблиц. Работа состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка использованных источников из 214 наименований и двух приложений на 33 страницах.
