Теплофизические свойства жидкого воздуха и его компонентов - Вассерман А.А.
Скачать (прямая ссылка):
В работе Н. С. Руденко и Л. В. Шубникова экспериментальные данные представлены в таблицах и на графике, построенном в координатах вязкость-температура. Для азота приведено восемь опытных точек в интервале температур 63,9—77,3° К, для кислорода — 16 точек в интервале 54,4—90,1° К и для аргона — четыре точки при 84,2—87,3° К. Погрешность своих данных авторы [154] оценили равной 1,4%, однако указали, что при наиболее низких температурах погрешность могла возрастать в связи с неточным измерением температуры кислородным термометром (в тот период отсутствовали надежные сведения о зависимости давления паров кислорода ниже 10 мм рт. ст. от температуры).
В дальнейшем Н. С. Руденко [155] измерил вязкость жидких азота, кислорода и воздуха, а также метана и этилена в состоянии насыщения при более высоких температурах — вплоть до близких к критическим. Примененный в работе [155] вискозиметр был спроектирован с использованием метода колеблющегося цилиндра. Исследуемое вещество находилось в медном баллоне, рассчитанном на давление 60 кГ/см2\ в этом же баллоне был помещен алюминиевый цилиндр, подвешенный на стальной нити диаметром 0,2 мм. Первоначально цилиндр отклонялся от положения равновесия с помощью магнита, для чего в цилиндр был запрессован железный крестик. Колебания системы наблюдались * с помощью закрепленного на нити зеркальца и шкалы.
Прибор был помещен в сосуд Дьюара, заполненный пентаном. В сосуде был также размещен змеевик, через который продувался холодный воздух с целью регулирования температуры. Некоторые температурные точки были получены с помощью сжиженных азота, кислорода и водорода. В интервале 91 —169° К температура измерялась с помощью метанового и этиленового конденсационных термометров, погрешность измерения составляла 0,2 град.
Метод колеблющегося цилиндра использован в работе Н. С. Руденко как относительный. Вискозиметр калибровали с помощью сжиженных азота, кислорода, метана и водорода при атмосферном давлении, а также
173
с помощью кислорода при пониженном давлении, которому соответствовала температура 77,35° К. Значения вязкости первых трех веществ были определены ранее Н. С. Руденко и Л. В. Шубниковым [154, 156] абсолютным методом; для водорода использованы данные других авторов.
Исследованные в работе [155] вещества получены из технически чистых газов конденсацией в ловушку с последующей разгонкой; воздух предварительно очищался от влаги и двуокиси углерода. Количество примесей в полученных жидкостях не превышало 0,1%.
Во всех опытах давление поддерживалось примерно на 0,5 кГ/см2 выше равновесного давления пара с целью исключения возможности кипения жидкости при небольших отклонениях температуры. В процессе измерений время, в течение которого амплитуда колебаний уменьшалась вдвое, изменялось от 17 до 240 сек; амплитуды составляли 4;6 и 8°. Период колебаний был равен 3,4 сек и оставался постоянным для всех исследованньх жидкостей.
В результате экспериментов были получены пять опытных точек для азота в интервале температур 90,1 —111,7° К, шесть для кислорода при 111,0—154,2° К и пять для воздуха при 90,1 —126,4° К. Экспериментальные данные представлены авторами в таблицах и на графике, построенном в координатах т), Т. В таблицах для азота и кислорода приведены также значения вязкости при нормальной температуре кипения, полученные ранее в работе [154] и использованные автором [155] при калибровке вискозиметра. Как и при использовании большинства относительных методов, точность определения вязкости в работе [155] в значительной мере зависела от надежности опытных данных о веществах, применявшихся при калибровке. Поэтому, по мнению Н. С. Руденко, вероятная погрешность полученных им данных составляет 2%.
С. Ф. Герф и Г. И. Галков [157, 158] измерили вязкость некоторых сжиженных газов и их смесей в интервале температур от тройной точки до нормальной точки кипения. В работе [157] получены данные об азоте, а в і 158] — о кислороде и смеси азот — кислород двух составов. При этом был использован метод Пуазейля, который, как отмечают авторы [157], имеет строгую математическую теорию, прост в конструктивном отношении и не требует больших количеств исследуемых жидкостей. Применявшийся в опытах вискозиметр не мог быть использован для абсолютных измерений, так как длину капилляра нельзя было определить с необходимой точностью. Поэтому С. Ф. Герф и Г. И. Галков проводили измерения относительным методом, прокалибровав вискозиметр с помощью воды при температурах 18—22° С.
Вискозиметр Убеллоде был помещен в герметически закрытый сосуд Дьюара, заполненный охлаждающей жидкостью (при температурах ниже 90,1° К — жидким кислородом). Температура регулировалась откачкой паров охлаждающей жидкости и могла поддерживаться постоянной с погрешностью ±0,2 град. С такой же точностью измерялась температура; при экспериментах с азотом, кислородом и их смесями для этой цели использовали кислородный конденсационный термометр.
Исследуемые вещества подвергали осушке и многократной разгонке под вакуумом. Чистоту их проверяли химическим анализом, она составляла 99,8%. В процессе эксперимента измеряли разность давлений Ap и продолжительность перетекания жидкости т. Коэффициент вязкости исследуемой жидкости г] рассчитывали по формуле
