Теплофизические свойства двуокиси углерода - Алтунин В.В.
Скачать (прямая ссылка):
/ и 2 — по термической транспирации [8.75, 8.76]; 3 и 5 — по числу Прандтля [8.82, 8.56]; 4 — по теплопроводности [8.81]; 6 и 7 — но поглощению ультразвука [8.57, 8.75]; 8 — по данным [8.64]; 9 — по уравнению (8.19)
&3. Коэффициенты переноса двуокиси углерода в интервале температур 2000—7000 К
При температурах выше 2000 К двуокись углерода заметно диссоциирует (см. гл. 7) и эффективная вязкость и теплопроводность образующейся газовой смеси будут выше, чем молекулы СОг. Для соответствующих оценок обычно применяют известные формулы кинетической теории для газовых смесей [8.10], в которые входят коэффициенты переноса молекулярной компоненты. При последовательном расчете свойств равновесной системы, образующейся при распаде СОг, необходимо учитывать, что при р«1 атм молекулярная компонента практически исчезает при Г = 7000 К и становится заметным вклад электронной и ионной составляющей [8.18]. С другой стороны» поскольку реакция диссоциации двуокиси углерода сопровождается увеличением объема ^С02 ^ СО -}-• 02|, то повышение давления сдвигает начало диссоциации в сторону более высоких температур и поэтому молярная доля СОг^соЛ в смеси при высоких температурах возрастает с ростом давления. Так, например, при Т = 6000 К #со2 равна 0,18- Ю-3 при р = 1 атм и 0,9-Ю-1 при р = 1000 атм. В этой области температур зависимость вязкости и теплопроводности СОг от давления несущественна (см. гл. 9 и 10), и для оценок можно принять Яр, г ~ Хт и Т1р, т « т]т. Таким образом, информация о коэффициентах молекулярной С02 может быть актуальной при весьма высоких температурах, вплоть до Т = (6—10) • 103К и выше.
418
Вязкость. Коэффициент вязкости молекулярной двуокиси углерода при температурах выше 2000 К можно оценить несколькими способами.
Леонас с соавторами [8.4, 8.13] выполнили измерения на основе метода молекулярного пучка (в интервале энергий взаимодействия 0,2—1 эВ) для нескольких систем (СОг — С02, СО2 — N2, С02 — СО,...), являющихся основными компонентами СОг-атмосфер (типа атмосферы Венеры, Марса). Потенциал межмолекулярного взаимодействия аппроксимировали функцией вида ф = КДп [8.4], а позднее_ стали подбирать экспоненциальную аппроксимацию ср = А ехр {—аг}. Параметры экспоненциальной функции для системы СОг — СОг, по
данным [8.13], равны: Л = 44,9-10"2 эВ,~а = 3,43 А"1. Поперечники переноса = в2?1(1>^ рассчитаны в [8.13] для интервала температур (1 — 11)-103К. Результаты этой работы могут быть использованы для расчета коэффициентов вязкости, самодиффузии и трансляционной составляющей теплопроводности. Контрольные ряды значений г\т !при высоких температурах можно вычислить с помощью потенциалов КС и (с указанными в разд. 8.2 параметрами), а также по эмпирическому уравнению (8.5). Это уравнение при высоких температурах асимптотически «сходит» на зависимость т)г ~ Г1/2, верную для модели твердых сфер *.
Турко [8.24] рассчитал вязкость газовой смеси (14т, эфф) и сообщает следующий ряд значений коэффициента динамической вязкости:
Таким образом, диссоциация С02 приводит к существенному изменению вязкости и, например, при 6000 К Лт,эфф> >Лг, со2 на 16%. Погрешность рассчитанных значений Лг,эфф, по оценке автора, меньше 10—15%.
Самодиффузия. Последовательный расчет коэффициента самодиффузии молекулярной С02 с помощью рассмотренных в разд. 8.2 модельных потенциалов, параметры которых найдены из вязкости, невозможен. Поэтому при высоких температурах рекомендуется вычислять Бц на основе потенциала 12 : 6, параметры которого найдены в [8.84] по йц9 оп в интервале 195—1944 К, а именно: г/к = 600 К и а = 2,928 А. Контроль-
* В настоящее время, по-видимому, нет необходимости использовать для экстраполяции зависимости Цт(Т) «псевдосферический» потенциал Леннарда — Джонса 12:6 с переменными характеристическими параметрами [8.14, 8.79].
т, к
71Т, эфф-Ю7, г/(см-с)
2000 4000 6000 8000 10000
6300 11300 15300 20000 24100
27*
419
ные ряды значений ?>ц могут быть найдены, если использовать поперечники переноса рассчитанные для системы
С02 — С02 в [8.13] и [8.20].
Теплопроводность. В 1971—1972 гг. опубликованы две группы экспериментальных данных о теплопроводности недиссоци-ированной двуокиси углерода при температурах выше 2000 К. Земляных с соавторами [8.15] определили Хт в интервале температур 1000 — 6000 К по измерениям на ударной трубе. Погрешность найденных значений составляет, по оценке авторов, около 20%. Леонас с соавторами [8.13] рассчитали поперечники переноса 0&в> для системы С02— С02 на основании данных о рассеянии молекулярных пучков. Значения й<2'2> табулированы для температур 1000 — 11000 К. Рассчитанные по
\т-10*кВт/(м-К)
200
150
50
У< I-а У* У У \'
У У У У У' I (
Ку у V > V -1 х -2 • -з о -4 і
1
1000 2000 3000 4000 5000 ТК
Рис. 86. Коэффициент теплопроводности молекулярной С02 при высоких температурах по опытным данным:
/ —Вайнеса; 2 — Гейера и Шефера; 3 —Гупты и Саксена; 4 — Кессель-мана и Земляных; 5 —Калинина и Леонаса; расчетные данные: / — [8.7]; // — настоящей работы
