Вязкость диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота в жидкой фазе Шупаев, Владимир Николаевич

Введение к работе

Актуальность темы. Опытно-конструкторские и проектные разработки теплообменного и технологического оборудования с использованием различных веществ требуют знания их теплсфизических свойств в широком диапазоне параметров. К технически ванным веществам относятся диоксид азота и растворы диоксид азота-оксид азота, которые широко используются в химической промышленности, ракетной технике и в ряде других отраслей хозяйства, Возможно также их применение в качестве низкокипящих теплоносителей. Знание свойств оксидов азота важно для решения экологических проблем.

'К важнейшим теплофизичееким свойствам жидкостей и газов относится вязкость. В газовой фазе вязкость диоксида азота исследована в нескольких проведенных различными методами (падающего груза, колеблющегося диска, катящегося шага, капилляра) экспериментальных работах и'представлена в двух расчетных работах, Результаты экспериментальных и расчетных работ достаточно хорошо согласуются между зобой. Вязкость газовой фазы растворов диоксид азота-оксид азота экспериментально не исследовалась, но существует методика ее расчета, результаты которой хорошо согласуются с экспериментальными дан-1ыми в применении к газовой фазе диоксида азота.

В жидкой фазе, для которой не существует надежных расчетных іетодик, вязкость диоксида азота^к и растворов диоксид азота-оксид ізота³^ при температурах выше комнатной экспериментально исследова-:ась только методом катящегося шара единственным коллективом ав--оров; другие работы в литературе отсутствуют. Использовавшийся

'<^xRichttn 0-Л, faamvi H.H._tSaqe &.Н./7Imt.iny.Unm.— 953. - Ш. 4S. -p. 2H7-ZH9.

^Reamn И.Н., Ricktvt fr.A/„Sa_?e fl.W.^Tftrf.Sng.CAem.-95V. - іГоЄ.^6. -№ ?. - P. Mi- W/.

этими авторами метод не имеет строгого теоретического обоснования," а полученные им данные, как правило, обладают большим разбросом и часто расходятся с экспериментальными результатами, полученными дру^" гими методами. Большим разбросом (от 2 до 1%) обладают и экспериментальные данные по вязкости жидкой фазы диоксида азота этих авторов, а экстраполированные на линию насыщения значения вязкости, предлагаемые ими, как указывалось в ряде работ, вызывают сомнение.

Цель работы, Исходя из состояния изученности вязкости диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота, перед автором была поставлена цель провести экспериментальное исследование вязкости жидкой фазы данных веществ в широком диапазоне температур, давлений и концентраций, выполнить обобщение полученных результатов и составить таблицы рекомендуемых значений вязкости в исследованном диапазоне параметров. Для этого было необходимо: выполнить модернизацию экспериментальной установки; решить вопросы очистки диоксида азота от технологических примесей и приготовления растворов различных концентраций; разработать методику отбора проб и проведения опытов, позволяющую сохранять постоянный состав раствора на протяжении серии; провести эксперименты по исследованию вязкости жидкой фазы диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота, контролируя состав растворов в процессе опытов.

Научную новизну работы составляют{

1. Результаты экспериментального исследования вязкости диоксида азота в жидкой фазе в диапазоне температур 277-425 К и давлений 0,25-14 МПа (205 экспериментальных точек). При температурах свыше 410 К данные получены впервые, а при 300-410 К представляемые результаты существенно (до 98$) исправляют значения вязкости, полученные в единственной работе методом катящегося шара.

2. Результаты экспериментального исследования вязкости растворов диоксид азота-оксид азота в жидкой фазе в диапазоне темпера-

тур 288,5-410 К и давлений. 0,5-14 МПа при массовых долях* оксида азота 0,18; 0,15; 0,055; 0,090; 0,19; 0,31 и 0,23 (267 экспериментальных точек). При концентрациях оксида азота свыше 0,2 мае.долей опытные данные получены впервые, а при более низких концентрациях представляемые результаты существенно исправляют единственные имеющиеся в литературе для исследованного диапазона температур величины вязкости, полученные методом катящегося шара (максимальное различие - в 5,5 раз).

Достоверность представляемых результатов подтверждена контрольными опытами на гексане.и пентане: полученные на них в диапазоне режимов течения,соответствующем экспериментам по исследованию вязкости жидкой фазы диоксида азота к растворов диоксид азота-оксид азота, значения вязкости хорошо Св пределах 1-2%) согласуются с имеющимися в литературе данными» В представляемой работе все измерения производились поверенными приборами: выполнена метрологическая аттестация экспериментальной установки.

Автор, выносит на защиту:

1. Экспериментальные данные по вязкости жидкой фазы диоксида
азота и растворов диоксид азота-оксид азота в исследованном диапа
зоне параметров. '

2, Обобщающе зависимости и составленные на их основе таблицы
рекомендуемых значений вязкости:

, а) диоксида азота в жидкой фазе в диапазоне температур 280-425 К и давлений 0,1-14 МПа;

б) растворов диоксид азота-оксид азота в жидкой фазе - в диа
пазоне температур 290-410 К, давлений р₅ - 14 МПа и концентраций
оксида азота. 0-0,15 мае.долей', а также в диапазоне температур 280-
360 К, давлений p_s -20 МПа и концентраций оксида азота - 0-Q30 мае.
долей;.

в) диоксида азотй на'линии насыщения со стороны яидкости и

пара в диапазоне температур 280-420 К»,

г) растворов диоксид азота-оксид азота.на Линиях кипения в диапазоне температур.300-410 К и концентраций оксида азота 0-0,055 мае.долей.

Практическая ценность работы состоит в обеспечении необходимыми для проектно-конструкторских разработок технологического оборудования данными по вязкости жидкой фазы диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота в широком диапазоне температур» давлений и концентраций» На основе полученных экспериментальных данных для жидкой фазы диоксида азота составлены таблицы, вошедшие в комплекс таблиц рекомендуемых справочных данных по теплофизическим свойствам диоксида азота, аттестованных во ВНИЦ ГСССД в 1981 г. (рег.№ ГСССД Р28-8І), С использованием основного массива представляемых результатов разработаны таблицы рекомендуемых справочных данных по вязкости жидкой фазы диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота, аттестованные во ВНИЦ ГСССД в 1989 г. (рег,№ ГСССД Р3.5І-89) /10/.

Работа выполнена в соответствии с координационными планами научно-исследовательских работ АН БССР в области естественных наук: на 1975-85 гг. - по разделу 1.9.7 "Теплофизика" (» гос.регистрации 76034186, 8I022I8I), на 1986-88 гг. -'по разн.Д.9.1 "Теплофизика и теплоэнергетика" (№ гос.реГ. 0186,0062419), а такие по договорам с НПО ГИПХ (№ гоо.per.0187.0096422) ив рамках комплексной программы Госстандарта на I987-I99I гг. (раздел 01.01.04,31),

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались 'на У Всесоюзной конференции "Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела АЗС" (Минск,1981), на Ш конференции молодых исследователей ЙТФ СО АН СССР (Новосибирск, І9БЗ), на УШ Всесоюзной конференции "Теплофи-эические свойства веществ"(Новосибирск, 1988 г.), на ежегодных совещаниях Рабочей группы по теплофизическим свойствам окислов азо-

та Советской комиссии IUPAC (Минск, ИЯЭ АН БССР) в период о 1982
по 1991 гг. - ' "

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать работ /I-II/.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа ооотоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Общий объем работы - Ї7І стр., из которых 72 страницы основного машинописного текста. Диссертация содержит 18 таблиц, 12 рисунков, список литературы из 101 наименования и 12 таблиц приложения на 56 страницах.