Свойства газов и жидкостей - Рид Р.Г.
Скачать (прямая ссылка):
446
ТАБЛИЦА 10.8. Теплопроводность некоторых жидкостей при 1 атм
Г, 0C
кал/(см- с- К)
Водород —253 282
Аргон — 190 301
я-Гексан 20 291
я-Ксилол 20 325
Нитробензол 20 361
Уксусная кислота 20 374
Ацетон 20 385
Хлороформ 20 277
Глицерин 20 693
Вода 20 1 430
Даутерм А 20 344
Керосин 25 326
NaCl (насыщенный водный рас- 20 1 370
твор)
Натрий 300 180 000
Ртуть 100 22 000
Смесь KNO3-NaNO2-NaNO3 150 1 360
чения в 2—3 раза выше. Кроме того, во многих случаях безразмерное соотношение Mh/Rr\ приблизительно постоянно (для неполярных жидкостей) и равно 2—3, так что высоковязкие жидкости часто обладают соответственно большей теплопроводностью. Жидкие металлы и кремнийорганические соединения имеют высокие значения Я^. Для жидких металлов часто в 100 раз больше, чем для нормальных органических жидкостей. Теплопроводность тела в твердом состоянии при температуре плавления приблизительно на 20—40 % больше, чем в жидком* Некоторые значения теплопроводности жидкостей приведены в табл. 10.8 для ил.), острации встречающихся диапазонов X^. Данные о теплопроводности жидкостей собраны и оценены Джеймисоном и др. [68].
Различие между значениями переносных свойств газовой и жидкой фаз указывает на особенности механизма передачи энергии (количества движения или массы), т. е.
~ 10 -г-100; JlL ^ Ю-5-100; ~ 10"4
H r\g Dg
В газовой фазе молекулы могут перемещаться относительно свободно и передавать количество движения или энергию с помощью «механизма столкновений». Межмолекулярные силовые поля влияют на значения К, г) и D хотя и заметно, но не определяющим образом, т. е. силы межмолекулярного взаимодействия отражаются только в интегралах столкновений Q0 и Qj)1 которые в действительности представляют собой отношения интегралов столкновений для реального силового поля и идеальной системы, в которой молекулы рассматриваются как жесткие невзаимодействующие сферы. Отклонения значений Q0 и Qо от единицы дают грубую количественную оценку важности влияния сил межмолекулярного взаимодействия на величину коэффициентов переноса в газовой фазе. Уравнения (9.4.3) для Q0 и (11.3.6) для показывают, что значения Q часто близки к единице. Поэтому считается, что молекулярная модель жестких невзаимодействующих сфер дает коэффициенты переноса при низком давлении (Я, г) и D) 1J1
l) В этом случае К — значение теплопроводности для одноатомной молекулы, не включающее составляющих, основанных на механизмах переноса внутренней энергии.
447
не очень сильно отличающиеся от тех, которые рассчитаны с учетом сил межмолекулярного взаимодействия.
Однако для жидкостей эта гипотеза не оправдывается даже приблизительно. Тот факт, что молекулы находятся на малых расстояниях одна от другой, является причиной значительного усиления действия межмолекулярных сил отталкивания. Движение молекул стеснено, и это находит отражение в том, что коэффициенты диффузии в жидкости имеют небольшие значения, а жидкость часто моделируется в виде решетки, в которой каждая молекула находится в ячейке, образованной соседними молекулами. Передача энергии и количества движения происходит преимущественно в результате колебаний молекул в смежных силовых полях, окружающих каждую молекулу. Шеффи [167] обращает внимание на образное описание этих процессов, данное Грином: «Представьте себе молекулы, связанные между собой эластичными веревками, натяжение которых меняется довольно странным образом: так, что они способствуют появлению сил притяжения. Но поскольку молекулы движутся, упругая энергия веревок изменяется и благодаря этому может передаваться от одной части ансамбля к другой, хотя при этом фактически не переносится самими молекулами».
Различие механизмов переноса в плотном газе или жидкости и в газах при низких давлениях подробно обсуждается Маклафлином [97].
Эти выходящие из употребления теории не приводят к простым методам расчета теплопроводности жидкости [184]; в инженерной практике нужно пользоваться приближенными (или откровенно эмпирическими) методами.
В последующих разделах рассматриваются только относительно простые органические жидкости. Хоу и др. [62] сделали исчерпывающий обзор, охватывающий теплопроводность элементов, а Юинг и др. [40] и Гамбилл [46] исследовали, соответственно, расплавленные металлы и смеси расплавленных солей. Криогенным жидкостям посвящены работы Престона и др. [137], Моу и Габ-бинса [120а].
10.9. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЧИСТЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Существует много методов расчета теплопроводности чистых жидкостей. Почти все они эмпирические и только ограничено проверенные, но некоторые могут казаться более точными, чем в действительности. Как было отмечено, ниже нормальной точки кипения теплопроводность большинства органических неполярных жидкостей составляет (2504-450) 10"6 кал/(см-с-К). Учитывая это, нетрудно разработать различные схемы определения Xi в пределах указанной ограниченной области.
Многие расчетные методы были проверены; три лучших из них подробно описаны ниже^ другие, принятые во внимание, кратко рассмотрены в конце раздела.
