Теплофизические свойства жидкого воздуха и его компонентов - Вассерман А.А.
Скачать (прямая ссылка):
+ {{п+^-ҐС'] (р"+3-р"+3)> (63)
s = Si-A'I(р)- +J(р"+1 - рї +1) -(р*+3- p." +3), (64)
А"1(р)
В"
п + 1
(р
P"-1 (л'+вУ + сУ)2
пА + (п + 2) Bp2 + (п + 4) Cp4 п+1 p"+l) С" -^"+3-
п + 3
(р
р"+3)
(65)
В этих уравнениях / (р) — функция плотности, которая в зависимости от показателя степени п имеет вид
/(р)
ІП p/ps При П = 1
1
(р
я—1
- ps" 1) При П ф 1
Расчет энтальпии и энтропии по уравнениям (63) и (64) не. вызывает затруднений, так как величины is и ss для рассматриваемых веществ были получены нами ранее [70]. Определение ср несколько осложняется отсутствием значений cVsi поэтому на основании уравнения (65) вычисляется только избыточная теплоемкость Аср = ср — cv^ Значения ср могут быть сравнительно просто найдены с помощью данных об энтальпии на основании известного соотношения ср = (діІдТ)р. При этом достаточно определить указанную производную на одной изобаре во всем расчетном интервале температур. Разности между полученными таким образом значениями Cp и ранее вычисленными значениями избыточной теплоемкости можно принять в качестве функции cVs (T)7 что позволяет рассчитать ср
при всех давлениях.
Изложенная методика составления уравнения состояния и расчета термодинамических свойств жидкости применена в последующих четырех главах, где получены уравнения состояния в форме (52) для жидк-их азота, кислорода, аргона и воздуха и рассчитаны табличные значения термодинамических свойств этих веществ в широком диапазоне температур и давлений.
3 Зак. 1978
Глава II
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОГО АЗОТА
Термодинамические свойства азота наиболее исследованы по
сравнению со свойствами других компонентов воздуха как в газообразном, так и в жидком состоянии. Помимо подробных экспериментальных данных о плотности жидкого азота при давлении до 485 атм, полученных недавно, имеются достаточно надежные сведения о зависимости давления и плотности азота на кривых насыщения и затвердевания от температуры. Поэтому при решении задачи аналитического описания термодинамических свойств жидкого воздуха и его компонентов нами в первую очередь рассматривался азот.
II. 1. Анализ экспериментальных данных о плотности жидкого азота
Плотность жидкого азота впервые измерил Бенедикт [80, 811^ исследовавший термические свойства азота в обширной области изменения параметров. В работе [80] указаны четыре экспериментальные точки при температуре-—150° С в интервале давлений 100—700 атм и пять точек — при —183° С и 100—1252 атм\ плотность определялась взвешиванием в пьезометре постоянного объема. В работе [81] приведены 10 точек на изотермах —150 и —175° С при давлениях свыше 980 атм\ изменение плотности определялось по сравнению с плотностью при 0° С и 1550 атм по известной методике Бриджмена на созданной им ранее экспериментальной установке [82]. *
Исследованный Бенедиктом азот содержал менее 0,2 об. % примесей. Температура в опытах измерялась термопарой медь-константан с погрешностью 0,1 град, однако при определении действительной температуры пьезометра погрешность могла достигать 0,2—0,3 град. Давление ниже 1000 атм измерялось поршневым манометром с погрешностью 0,1%, свыше 1000 атм — манганиновым манометром сопротивления с погрешностью 0,2—0,3%. Максимальную погрешность определения плотности,, включая ошибки отнесения, автор [80] оценил равной двум единицам Амага; для жидкого азота, плотность которого в исследованной области изменяется от 493 до 750 Амага, это составляет 0,3—0,4%. Погрешность измерения плотности в работе [81] оценена равной 0,3%.
Ван-Иттербик и Вербек [42] определили плотность жидкого азота на изотермах 65,85; 72,306; 77,89; 84,99 и 90,60° К при давлениях до 150 кГ/см2. Вскоре эти же авторы [83] исследовали плотность на изотермах 77,31 и 90,26° К при давлениях до 574 и 842 кГ/см2 соответственно. Согласно использованной методике вначале была определена зависимость производных (др/др)Т от давления и затем интегрированием была рассчитана плотность.
34
Сравнительно недавно И. Ф. Голубев и О. А. Добровольский [41] опубликовали опытные данные о плотности азота в интервале температур от —195,8 до —140° С и давлений 49,4—485 атм, полученные методом гидростатического взвешивания. В экспериментальной установке ферромагнитный стержень, к которому подвешивается поплавок, поддерживался электромагнитным устройством. Оно исключало трение в направляющих поплавка и, по оценке авторов [41 ], уменьшало погрешность взвешивания до 0,1—0,2 мг.
Использованный И. Ф. Голубевым и О. А. Добровольским азот содержал в качестве примесей не более 0,005 об. % кислорода. Установка была прокалибрована при температуре +25° С, где наблюдалось согласование с данными Михельса, Лунбека и Волкерса [84] в пределах ±0,1 %. В работе [41] результаты сопоставлены также с данными [80] и 184] при низких температурах; расхождение не превышает 0,1%. Заметим, что данные [84] при температурах ниже 0° С и закритических плотностях рассчитаны по уравнению состояния, предложенному Бенедиктом [80], и сопоставление с ними нельзя рассматривать как независимый контроль. Авторы [41 ] не сравнили результаты своих опытов с данными Ван-Иттер-бика и Вербека [42, 83], хотя последние частично попадают в охваченную экспериментами [41] область температур и давлений. И. Ф, Голубев и О. А. Добровольский оценивают погрешность полученцых результатов величиной ±0,1%.
