Теплофизические свойства жидкого воздуха и его компонентов - Вассерман А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Недавно Ван Иттербик, Цинк и Хеллеманс [170а] измерили вязкость жидких азота и кислорода при давлениях до 25 кГ/см2 методом колеблющегося диска, использованным как абсолютный. Аппаратура, примененная в этой работе, подобна описанной ранее Ван Иттербиком и соавторами [160], но несколько усовершенствована применительно к экспериментам в области повышенных давлений. Диаметр и толщина колеблющегося диска были такими же, как в работе [160], но диаметр платиновой проволоки уменьшен до 0,05 мм. Для азота получены данные на изотермах 70,10; 77,25; 83,97 и 90,16° К, для кислорода — 77,26 и 90,14° К. Результаты экспериментов представлены в таблице (34 точки для N2 и 14 для O2) и на графиках в зависимости от давления.
Рассмотренными работами исчерпываются известные нам экспериментальные исследования, в которых получены данные о вязкости жидкого воздуха и его компонентов. Гораздо больше работ посвящено измерению вязкости рассматриваемых веществ в газообразном состоянии. Некоторыми авторами получены опытные данные о газе при высоких давлениях; они могут быть использованы при построении обобщенной кривой Ar] = / (р) в интервале плотностей, соответствующих плотностям жидкости. Вязкость газообразного азота довольно подробно исследована при высоких плотностях (до 2,4 критической) в работах Михельса и Гиб-сона [171], И. Ф. Голубева и В. А. Петрова [172], Макита [173], Росса и Броуна [174], Лазара и Водара [175], Вермесса, Джоанн и Bo-дара [176]. Опытные данные о кислороде при плотностях до 1,7 критической получили И. Ф. Голубев и В. А. Петров [172] и Кияма и Макита [177]. Вязкость аргона при сверхкритических плотностях измерили И. Ф. Голубев и В. А. Петров [172] и Михельс, Ботцен и Шурман [178], вязкость аргона и воздуха — Макита [173]. Перечисленные работы проанализированы в монографии [70].
Результаты большинства экспериментальных работ использованы при проверке различных уравнений, характеризующих вязкость жидкости, и составлении таблиц значений вязкости жидкого воздуха и его компонентов.
12*
179
VI. 2. Обзор методов расчета вязкости
жидкости и уравнения для определения вязкости рассматриваемых веществ
Ввиду отсутствия общей теории жидкого состояния до настоящего времени не разработаны строго обоснованные методы расчета вязкости жидкости.
Первую попытку создать теорию вязкости жидкости предпринял Егер [179, 180], который ввел понятие «идеальной жидкости» (состоящей из абсолютно твердых шарообразных молекул) и для объяснения внутреннего трения в ней воспользовался теми же представлениями, что и для газа. Согласно теории Егера вязкость жидкости должна увеличиваться по мере возрастания температуры. Но этот вывод противоречит опытным данным, он является следствием механического перенесения представлений, характеризующих газ, на жидкость, которой присущ иной механизм передачи количества движения от слоя к слою.
В отличие от вязкости газов, в которых энергия передается при столкновениях хаотически движущихся молекул, вязкость жидкостей обусловлена существованием сил межмолекулярного взаимодействия. В газах при повышении температуры увеличивается энергия молекул, а следовательно, и внутреннее трение; в жидкостях же при этом условии уменьшаются силы взаимного притяжения молекул, что приводит к уменьшению вязкости.
Бриллуэн [181] и М. Ф. Широков [182] попытались вывести зависимость вязкости от температуры, рассматривая течение вязкой жидкости как волновой процесс и используя представления, разработанные Дебаем для объяснения свойств твердого тела. Однако предложенная ими волновая теория вязкости жидкостей не позволяет достичь удовлетворительного согласия данных расчета и эксперимента.
Многие авторы на основании общих теоретических соображений или в результате обработки экспериментальных данных предлагали экспоненциальную зависимость вязкости жидкости от температуры:
Л- Аев,т, (103)
где А и В — постоянные, определяемые по опытным значениям вязкости. Это уравнение, часто приписываемое Андраде [183], отображает с точностью эксперимента данные о многих жидкостях при низких давлениях и температурах, не превышающих нормальную температуру кипения.
Андраде [184] рассмотрел проблему расчета вязкости жидкости исходя из того, что при температурах, близких к температурам кристаллизации, многие свойства жидкости мало отличаются от свойств твердого гела. Андраде предложил несколько более сложную зависимость
_i_
T]-Cp 3eDp/r, (104)
где С и D — постоянные.
По теории Андраде коэффициент С пропорционален частоте колебаний частиц жидкости. При проверке уравнения (104) по экспериментальным данным отклонения в большинстве случаев не превышали 2%.
В монографии Рида и Шервуда [185], в которой рассмотрены наиболее распространенные методы расчета термодинамических и транспортных свойств веществ, отмечается, что для описания зависимости вязкости от температуры предложено много соотношений, но ни одно из них не обладает заметными преимуществами по сравнению с уравнением (103). Однако Г. М. Панченков [186] справедливо подчеркнул, что это уравнение при постоянных А и В не может отобразить экспериментальные данные на кривой насыщения в широком интервале температур, так как
