Введение к работе
Актуальность темы. Процесс интенсивного развития химических
технологий, связанных с производством новых материалов, в частности, неидеальных газовых и жидких смесей, требует постоянного пополнения банка экспериментальных данных по теплофизическим и термодинамическим свойствам веществ, "которые являются основой построения теоретических моделей и обобщенных зависимостей. Начиная с уравнения Менделеева-Клапейрона, положившего начало развитию уравнений состояния газов, отличных or идеального, сегодня эффективно развиваются как зкспериментальиые, так и теоретические методы описания процессов переноса и построения уравнений состояния реальных газовых смелей. Так как к настоящему времени термодинАмические свойства чистых веществ достаточно хорошо исследованы, то более рациональным является развитие методов прогнозирования свойств смесей на основе свойств составляющих смесь компонентов, то есть эффектов смешения.
Несмотря на интенсивно развивающиеся методы теоретического предсказания термодинамических свойств смесей, основным критерием достоверности получаемых результатов является эксперимент. Наименее изученной в экспериментальном плане является область малых давлений (менее 0.3 МПа). Термодинамические свойства в этой области практически не исследованы. Объяснить это можно, с одной стороны, утвердившимся мнением об отсутствии аномалий в поведении термодинамических характеристик при уменьшении давления, с другой стороны - значительным увеличением проблем, связанных с погрешностями эксперимента в этой области давлений В частности, усиление рола поверхностных и примесных эффектов при получении PVTx-cbohctb объемными методами.
Экспериментальное исследование эффектов смешения непосредственным образом связано с характеристиками межмолекулярного взаимодействия. Извлечение последних производится из экспериментальных данных по барическому и объемному эффектам смешения. В этом случае существенное значение имеет то, насколько близко к нулевому давлению произведено измерение искомой величины, так как, как показывает эксперимент, уже и области давлений менее 0.3 МПа, проявляется нелинейный характер зависимости барического и объемного эффектов смешения от давления.
Современный уровень экспериментальной аппаратуры позволяет проводить PVTx-исследовання на высоком уровне, уменьшая погрешность получаемых данных. Однако, повышение точности эксперимента приводит к необходимости рассмотрения физических границ метода. Речь идет о
4 сорбционно-примесяых' эффектах, влияние которых наиболее существенно в области малых давлений.
Исследование эффектов смешения тесно связано с проблемами диффузионного массой ереноса реальных газов. В этом плане актуальным является развитие альтернативных методов, уже существующим традиционным, по определению коэффициентов взаимной диффузия (КВД) новых веществ, среди которых могут быть оптически не прозрачные и химически активные компоненты.
В связи с вышесказанным, получение новой информации по указанным выше проблемам является актуальным.
Основными целями в задачами диссертационной работы являются:
разработка и создание экспериментальной установки для исследования барического хзогоряс^изотермичесхого и объемного язобарко-изотерккческого эффектов смешения;
отработка методиха измерений FVTx-сзойств газовых смесей объемными методами в области малых давлений, г сзязи с этим - экспериментальное исследование сорбционяо-прнмі._ньп эффектов;
исследование зависимости барического и объемного эффектов смешения от давления при стремлении последнего к кулю.
обоснование возможности применения двухколбового метода для определекия коэффициентов взаимной диффузии газов по временной зависимости роста давлеяич, возникающего при диффузии реальные, газов в замкнуто»! объеме в. изотермических условиях и определение КВД некоторых кглскссле/ эванных систем;
разработка рекомендаций по нспользоаакюо параметров межмолекулярного взаимодействия (ПМВ) чистых газов в смесей.
Науаиаа хіовшзха работы заключается в следующем: t
экспериментально исследовано влияние ссдебционно-примесных эффектов на величину барического и объемного эффектов смешения при комнатных температур&г;
получены новые эжсаерименталъиые данные со барическому и объемному эффектам смешения системы Аг-СР3СІ з области критической температуры CF3C1 при давлениях 0.4-3,5 МПа, системы He-^He-COj) при различных
значен, ях мольной доли дзуохаск углерода, системы Не-^О ври
температуре Т 308,2 К и различных начальных давлениях; ,
определены коэффициенты взаимной диффузии ранее не исследованной
системы Аг-СРзСЗ и малоисследованной системы He-N20 при температурах,
близких к критической;
5
сообщающая температурная зависимость приведенных
параметров потенциала . Леннард-Джонса (6-12), позволяющая
восстанавливать PVTx-свойства ряда газов и смесей.
, Практическая и теоретическая ценность работы. '
Разработана и создана экспериментальная установка, которая может быть рекомендована для, исследования PVTx-свойсто газов и . газовых смесей в широком интервале температур (90+320 К) и давлений от 0.1 до 7.0 МПа.
Полученные экспериментальные данные по оценке влияния сорбционо-примесиых эффектов на величину избыточного давления и объема определили нижний предел по давлению для исследований PVTx-свойств объемными методами при комнатных температурах.
Усовершенствован метод я' создана на базе персонального компьютера IBM 386DX экспериментальная установка для определения коэффициента взаимной диффузии газов по временной зависимости роста давления в процессе диффузионного смешения в замкнутом объеме в изотермических условиях. Метод позволяет исследовать КВД оптически не прозрачных и химически активных систем, осуществляя бесконтактный контроль состава смеси.
Аналитическая температурная зависимость приведенных параметров потенциала Леннард-Джонса (6-12), представленная в работе, позволяет восстановить PVTx-свойства ряда газов и газовых смесей.
Полученные результаты могут быть использованы также при планировании экспериментов, связанных с образованием смесей реальных флюидов, при разработке ресурсосберегающих технологий производства новых веществ, при'создании таблиц термодинамических и теплофизических свойств газовых смесей.
На защиту выносятся:
измеренные значения барического изохорно-изотермического и объемного
изобарно-иэотермического эффектов смешения исследованных систем;
результаты экспериментального изучения коэффициентов взаимной диффузии ранее не исследованных систем Ar-CF3C1 и He-N20 при температурах, близких к критической;
экспериментальное подтверждение влияния сорбционно-примесных эффектов на измерения PVTx-своаств объемными методами при комнатных температурах и умеренных давлениях; аномальные барические зависимости избыточного давления и объема;
оригинальная экспериментальная установка для исследования барического и объемного эффектов смешения газов в широком интервала термодинамических праметров;
обобщающая зависимость приведенных значащий параметров потенциала
Леннард-Джонса (6-12) е*/к и о' от температуры Т', позволяющая в пределах
10% предсказывать значения параметров потенциала ряда чистых газов и
смесей;
Ап.юбацяя работы.
Отдельные результаты работы докладывались на различных конференциях:
на Всесоюзном семинаре по диффузии и теплопроводности смесей газов и жидкостей. Алма-Ата, 24-28 июня 1962 г.;
на научно-теоретической конференции, посвящакноД SO-леткю КазГУ, Алма-
Ата, 22-23 октября 1S34 г.:
на Всесоюзном соген;йЯИ»-семкнарс молодых учгных "йьлеиия перекоса б газах и жидкостях", Алмь-Ата, SSS5 г.:
на V7I1 Всесозозиой конференции во теплофшкчасхим csos;ct;*i« ващестз. Новосибирск, 20-23 сентября 1S38 г.;
на Всесоюзной соавщанигг-сек saps ко фяіккв криокристаллоз ы диффузионному м&ссопераяосу, Алма-Ата, 9-15 сентября 198Э т.;
на Международной ?евлофизітсгско школе "Теалофизкческиа проблеьш
промышленного производства*, Тамбов, 21-24 сентября 1992 г.;
на юбилейной конференция, посвященной 60-летию КазГУ, Алка-Ата, 12-1« октября 1994 г.;
на научных семнн&резс отдела -і^іілофкзі хи и нолекулзрио& физиля
Публвяоцкш. Основное содержание работы опубликовано б 55 работах.
Диссертация выполнена ее аланам яаучкс-зйсследоаатЕ/ііскж рабе? кафедры теплофизики н научко-иссАадозетельской лаборатории теклообкека х горения по темам: Теплоибссопареиос н горьки в кеэдкородныг средах" (координационный гльи АН СССР по .комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика", шифр 1.9.1, камер госреінстрец^к 0184005277«), "Саз&шив фонда справочиыз данных шо диффузии технически важных газоз" {Межотраслевая комздехшея програмна работ по ГСССД ка 1987-1991 г.г,, шифры 01.02.03.06; 01.02.03.07, номер госрегистрации 01860109001) и в рамках Межвузовской программы поисково-прикладных исследований "Нелинейные процессы и структурная самоорганизация вещества" Министерства науки и новых технологий Республики Казахстан (шифр П-051).
Струкура и обіли работы. Диссертация изложена на 1S9 страницах машинописного текста и состоит иэ введения, трех глав, заключения, списка цитированной литературы иэ 105 наимеования, 52 рисунков, 25 таблиц и 1 приложения.
' 7