Теплофизические свойства двуокиси углерода - Алтунин В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Все это потребовало существенной переработки рукописи и преобладающая часть книги была заново написана в 1971 — 1972 гг.
Выполнить эту работу без большой и многосторонней помощи коллектива кафедры теоретических основ теплотехники МЭИ было бы невозможно. Автор особо признателен Михаилу Петровичу Вукаловичу, оказавшему очень большое влияние на формирование научных интересов автора и на ход исследований физических свойств СОг.
Проф. М. П. Вукалович очень много сделал ори постановке и проведении многочисленных экспериментальных исследований, послуживших основанием для создания термодинамических таблиц книги. Он с большой заинтересованностью следил за ходом наших исследований по машинным методам обработки опытных данных и 'всемерно их поддерживал.
Автор признателен также сотрудникам, принимавшим активное участие в экспериментальных и расчетно-теоретических исследованиях, результаты которых включены в настоя-
4
щую книгу. Это бывшие аспиранты, а ныне канд. техн. наук Гадецкий О. Г., Гуреев А. Н., Сахабетдинов М. А., Спиридонов Г. А., Кузнецов Д. О., Масалов Я. Ф. и Тимошенко Н. И., а также неизменный участник расчетных термодинамических исследований инженер Гвоздков А. В.
Глубокую благодарность автор выражает рецензенту книги докт. техн. наук Сироте А. М. за критическое обсуждение рукописи и ценные конструктивные предложения по ее улучшению.
В. Алтунин.
5
Глава 1
МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ОБОСНОВАННЫХ ТАБЛИЦ И ДИАГРАММ
Исследование теплофизических свойств двуокиси углерода в различных агрегатных состояниях начато еще в 70-х годах прошлого столетия. Классические работы Эндрюса, Амага, Реньо, Варбурга-Бабо, Эйкена, Джоуля и других дали обширный экспериментальный материал, в немалой степени способствовавший дальнейшему развитию молекулярно-кинетиче-ской теории.
Применение двуокиси углерода в качестве рабочего тела крупных холодильных машин привело к более интенсивному исследованию ее термодинамических свойств при низких температурах и на линии насыщения. В 1929 г. Р. Планк и Куприянов [1.92, 1.93] опубликовали рассчитанные аналитическим способом таблицы термодинамических свойств С02, основанные на имевшихся к тому времени опытных данных. Здесь были табулированы v, Я, 5 на линиях равновесия фаз от —100 до -Ь31°С. Кроме того, построена Г, s-диаграмма, охватывающая интервал от —100 до +150° С при давлениях до 120 кгс/см2.
В книге Квинна и Джонса [1.95] сделан прекрасный обзор накопленных к 1936 г. экспериментальных данных о теплофизических свойствах С02 и приведены результаты наиболее важных исследований. Эта книга адресована в первую очередь инженерам-холодильщикам.
Позднее двуокись углерода была вытеснена фреонами, термические свойства которых для холодильных машин оказались более подходящими. Длительное время конкретная перспектива использования двуокиси углерода в технике при высоких давлениях и температурах отсутствовала и исследование ее теплофизических свойств имело в основном научное значение.
В 30—40-е годы опубликовано несколько фундаментальных экспериментальных работ, на которых в той или иной мере базируются все современные таблицы. К их числу относятся тщательные измерения давления пара над жидкой и твердой С02, выполненные Мейерсом и Ван Дузеном [1.84], опытные данные Амстердамской лаборатории о сжимаемости в интер-
6
вале 0—150° С [3.75] и по температуре плавления С02 при давлениях до 3000 атм [2.99], а также экспериментальные данные Джиока и Игана о теплоемкости твердой С02 при температуре 15-190 К [2.75].
В 50-е годы на основании накопленных к этому времени экспериментальных данных было составлено несколько вариантов таблиц термодинамических свойств сжатой двуокиси углерода. В большинстве случаев верхняя граница таблиц ограничивалась температурой 150° С при давлениях до 3000 атм, а расчет таблиц выполнялся различными графическими и графоаналитическими способами (см. разд. 1.1).
Практическая потребность в надежных таблицах теплофи-зических свойств С02, охватывающих более широкий диапазон изменения параметров состояния, явилась стимулом как для дальнейшего расширения объема экспериментальных и рас-четно-теоретических работ, так и для повышения точности измерений.
В 60-е годы большой объем исследований был выполнен на кафедре теоретических основ теплотехники Московского энергетического института. Проведены измерения сжимаемости газообразной С02 в интервале 40—800° С при давлениях до 600 атм [3.9, 3.12, 3.13]. Получены опытные данные о. теплоемкости ср при температурах 25—200° С и давлениях до 210 атм [5.13], а также по энтальпии при температурах 150—500° С [4.10]. На основании обработки этих опытных данных и предыдущих измерений Амстердамской лаборатории [3.75] было построено термическое уравнение состояния и по нему рассчитаны новые таблицы [1.24], охватывающие интервал температур 40—1000° С при давлениях до 600 бар. В монографии [1.24] были также систематизированы и обобщены опубликованные до 1965 г. данные о термодинамических и транспортных свойствах СОг*.
В последние годы в Московском энергетическом институте (МЭИ), Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ), Одесском институте инженеров морского флота (ОИИМФ), Дагестанском филиале АН СССР, Государственном институте азотной промышленности (ГИАП) проведены обширные калориметрические и пьезометрические измерения как в газовой, так и в жидкой фазах (см. гл. 2—5), разработаны и освоены машинные методы статистической обработки опытных данных (см. разд. 1.2 и 1.3), созданы компактные программы для аналитического расчета (см. разд. 1.4). Поэтому оказалось возможным обобщение экспериментальных данных на новой основе и существенное расширение как диапазона таблиц, так и набора табулированных величин. В соответствии с рекомен-
