Теплофизические свойства жидкого воздуха и его компонентов - Вассерман А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Основным узлом экспериментальной установки, работающей по методу регулярного режима, является так называемый бикалориметр, который чаще всего представляет собой шар, состоящий из ядра и оболочки. Между ними находится слой исследуемой жидкости. Математическое описание режима регулярного охлаждения бикалориметра позволяет определить коэффициент теплопроводности жидкости. При отсутствии скачка температуры между наружной поверхностью бикалориметра и окружающей средой и при малом градиенте температур в ядре коэффициент теплопроводности жидкости и относительная скорость изменения температуры в единицу времени т связаны уравнением [245, 246]
X = o^-m, (134)
где б — толщина слоя жидкости;
К и Ф — постоянные прибора;
Б — критериальная величина, характеризующая режим охлаждения.
Шаровые бикалориметры использованы в установке 3. И. Геллера и Ю. Л. Расторгуева [247], с помощью которой исследована теплопроводность толуола, некоторых масел и продуктов крекинга при атмосферном давлении. Ядра и оболочки были изготовлены из меди — ее высокая теплопроводность обеспечивала равномерное распределение температур. Концентрическое расположение ядра и оболочки достигалось при помощи фарфоровых распорок.
Получили распространение также цилиндрические бикалориметры, которые использовали, в частности, Р. А. Мустафаев [248] при определении теплопроводности различных сортов нефтяных масел и И. Ф. Голубев и Я. М. Назиев [249] при измерении теплопроводности некоторых газообразных и жидких углеводородов в интервале температур 0—360° С и давлений 1—500 кГ/см2. Максимальная погрешность опытных данных оценивается авторами [249] равной 2,5%. И. Ф. Голубев предложил удачную конструкцию цилиндрического бикалориметра, что позволило в дальнейшем исследовать теплопроводность газообразных воздуха и метана [250], а также газообразного и жидкого азота [251] в широком диапазоне параметров.
При использовании метода регулярного режима даже при отсутствии конвекции могут быть допущены систематические ошибки В СВЯЗИ С OTBO-
206
дом тепла по дистанционным распоркам и по проводам термопар. На степени достоверности опытных данных сказывается также скачок температуры между наружной поверхностью бикалориметра и окружающей средой, обусловленный конечным значением коэффициента теплоотдачи а на поверхности бикалориметра. Для обеспечения высокого значения а необходимо интенсивно перемешивать жидкость в термостате в ходе эксперимента.
Итак, все методы, предложенные для измерения теплопроводности, достаточно сложны и трудоемки. При создании установок на основании каждого из рассмотренных методов необходимо строго соблюдать ряд условий, иначе будет допущены значительные погрешности. Вместе с тем полное исключение побочных эффектов при измерении теплопроводности, по-видимому, невозможно, вследствие чего во многих случаях необходимо критически оценивать точность полученных опытных данных. Можно сказать, что теплопроводность является одной из наименее надежно определяемых теплофизических характеристик. Отмеченные обстоятельства учитывались в дальнейшем при анализе экспериментальных данных о теплопроводности исследуемых нами криогенных жидкостей.
VII.2. Анализ экспериментальных данных
о теплопроводности компонентов воздуха в жидком состоянии
Теплопроводность жидких азота, кислорода и аргона, в отличие от вязкости, исследовалась преимущественно при давлениях, отличающихся от давления насыщения. Наибольшее число экспериментальных работ посвящено определению коэффициента теплопроводности азота.
Первым измерил теплопроводность жидкого азота Гамман [226]
в интервале температур —208,5--199,7° С при давлениях насыщения.
И хотя данные Гаммана оказались существенно завышенными из-за конвективного теплообмена (что отмечалось в VII. 1), однако в целом его работа сыграла положительную роль в развитии методики теплофизического эксперимента со сжиженными газами.
В дальнейшем Е. Боровик, А. Матвеев и Е. Панина [241 ] методом нагретой проволоки получили более надежные данные о теплопроводности жидкого азота при давлениях, близких к давлениям насыщения. Диаметр платиновой проволоки составлял 0,048 мм, внутренний диаметр медных измерительных трубок — 1,73 мм. Чтобы исключить влияние концевых эффектов, в установке применены две измерительные трубки рабочей длиной 141 и 67 мм. Авторы полагали, что при достаточно большом отношении длины трубки к диаметру концевые эффекты не зависят от длины, и поэтому определяли сопротивление средней части длинной нити как разность сопротивлений обеих нитей. При изготовлении установки было обращено внимание на достижение соосности нитей и трубок; чтобы нити при нагреве не провисали, осуществлялось постоянное натяжение их с помощью пружин. Прибор был помещен в герметически закрытый сосуд Дьюара, заполненный охлаждающей жидкостью, которая перемешивалась мешалкой. В приборе поддерживалось давление, несколько превышавшее давление насыщенных паров исследуемого вещества при температуре опыта, для того чтобы предотвратить появление пузырьков газа при нагревании платиновой проволоки.
