Теплофизические свойства жидкого воздуха и его компонентов - Вассерман А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Опытные данные, полученные И. Ф. Голубевым и М. В. Кальсиной, представлены только на графике в координатах KPt Т — Кт\ р. Обработка данных в указанных координатах позволила установить обобщенную зависимость избыточной теплопроводности от плотности, справедливую при большинстве температур и давлений, за исключением околокритических. С помощью этой зависимости в работе [251 ] определены значения коэффициента теплопроводности газообразного и жидкого азота при круглых температурах и давлениях (для 23 изотерм в интервале —195,8 +-00C и 14 изобар в интервале 1—500 атм). Авторы [251] не оценили точности данных, но отметили их удовлетворительное согласование с результатами [255].
Нами сопоставлены в координатах K9 T и K9 р экспериментальные значения теплопроводности азота, полученные в большинстве рассмотренных работ (за исключением ненадежных данных [226], [253]). Сравнение показало, что данные И. Ф. Голубева и М. В. Кальсиной [251 ] и Цибланда и Бартона [255] чаще всего являются промежуточными по отношению к результатам более ранних исследований. Данные [251, 255] для жидкой фазы согласуются в пределах 1—2%, а результаты других авторов [224, 254] отличаются от них не более чем на 4%, за исключением двух опытных значений [224] при температуре —182,8° С, завышенных на 8%. При экстраполяции изотерм, построенных по данным [251, 255], до кривой насыщения значения коэффициента теплопроводности оказываются ниже
210
опытных данных Пауэрса, Мэттокса и Джонстона [252], однако отклонения в основном не превышают 2—3% и только при температуре —185° С достигают 6%. Данные Е. Боровика, А. Матвеева и Е. Паниной [241 ] для кривой насыщения не согласуются с данными в однофазной области и, по-видимому, завышены в среднем на 10%. Следует заметить, что в околокритическом районе между данными о температуропроводности газообраз-
и 70 110 150 WO - 230 270 Т,°К
Рис. 31. Зависимость теплопроводности азота от температуры и давления по данным:
1 — И. Ф. Голубева и М. В. Кальсиной [251]; 2 — Цибланда и Бартона [255];
3 — Юлира [254].
ного азота наблюдаются существенные расхождения. Так, в интервале температур 130—150° К при давлениях 33,5—134 атм опытные данные[255] выше результатов [251 ] на 5—10%, а расхождение между данными [224] и [254] достигает 14%. Но в области жидкости, как отмечено выше, данные И. Ф. Голубева и М. В. Кальсиной [251 ] и Цибланда и Бартона [255 ] согласуются вполне удовлетворительно и поэтому могут быть приняты в качестве опорных при расчете коэффициента теплопроводности жидкого азота.
На рис. 31 показана зависимость теплопроводности жидкого и газообразного азота от температуры и давления. При построении графика использованы в основном данные [251 ] в более широкой области параметров, чем результаты остальных исследователей. Для изобар 33,5; 67
14*
211
и 134 атм значения X получены нами графической интерполяцией данных [251 ] с целью сопоставления их с результатами других авторов. При этих же давлениях на график нанесены опытные точки [254, 255]. Из рисунка видно, что теплопроводность жидкости значительно выше теплопроводности газа при той же температуре. По мере ее повышения теплопроводность жидкости, как и вязкость, понижается. При докритических давлениях фазовый переход от жидкости к газу связан с резким уменьшением теплопроводности, которое аналогично изменению термодинамических свойств и вязкости на этих изобарах. При сверхкритических давлениях теплопроводность изменяется непрерывно с изменением температуры. Сверхкритические изобары, а также некоторые докритические в координатах X9 T имеют минимум, после которого теплопроводность газа монотонно возрастает с повышением температуры. Этот минимум по мере роста давления смещается в область более высоких температур. Рис. 31 не только отражает поведение коэффициента теплопроводности, но и позволяет оценить согласованность опытных данных [251, 254, 255] в области газа и жидкости.
Помимо графического отображения экспериментальных данных о жидком азоте в обычных координатах, в дальнейшем эти данные обработаны в других системах координат с целью получения уравнения для расчета теплопроводности (см. VII.3).
Теплопроводность жидкого кислорода, несмотря на его широкое применение в технике, исследована хуже, чем теплопроводность азота. Первым это свойство жидкого кислорода измерил Гамман [226 ] в состоянии насыщения при температурах —207,2-^—191,1° С. Полученные им семь опытных значений завышены и возрастают по мере повышения температуры, иначе говоря, данные [226] даже качественно не передают зависимости теплопроводности от температуры.
В 1955 г. Цибланд и Бартон [256] определили теплопроводность жидкого и газообразного кислорода в интервале температур 79,2—199,8° К и давлений 1 —135,8 атм методом коаксиальных цилиндров. Особенности использованной ими экспериментальной установки отмечены выше при рассмотрении опытных данных об азоте. При проведении опытов с кислородом в установке еще не было устройства для автоматического регулирования температуры в измерительной камере, что несколько увеличивало продолжительность измерений. Разность температур между цилиндрами составляла от 0,39 до 8,07 град в зависимости от температуры и давления. Исследованный кислород содержал до 0,2% примесей.
