Теплофизические свойства двуокиси углерода - Алтунин В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Для измерения давления газа применен поршневой манометр системы Жоховского (МОП-1000) с пределами измерения 25—1000 кгс/см2 и грузопоршневая колонка МП-60. Оба манометра класса точности 0,05. Эффективная площадь поршней манометров и истинные массы грузов определены во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологической службы (ВНИИМС).
Для разделения газового объема установки и масляной системы поршневых манометров применен мембранный дифма-нометр типа ДМ-6 с измеряемым перепадом 320 мм вод. ст. Перепад давлений в калориметре определяли по показаниям мембранного дифманометра типа ДМ-8, пределы измерения которого ±150 мм рт. ст. ДМ-6 и ДМ-8 тарировали по жидкостным манометрам. В обоих случаях в качестве вторичных приборов дифманометров служили ЭПИД-0,2.
Емкость-расходомер представляет собой цилиндр диаметром 0,5 м и высотой 1,73 м. Объем емкости тарирован по воде и равен около 350 л. Температуру газа и термостатирующей жидкости определяли с помощью набора хромель-алюмелевых термопар, градуированных по платиновому термометру сопро-
14-2961
209
тивления. Избыточное давление в емкости измеряли ртутным манометром. Время сбора газа (10—15 мин) определяли с помощью электросекундомера с погрешностью порядка 0,05 с. Расход газа (2—5 кг/ч) находили, по оценке Гуреева, с погрешностью менее 0,15%.
Как известно, в проточных методах определения калорических свойств веществ очень важным элементом экспериментальной установки являются системы поддержания постоянства расхода исследуемого вещества во время опыта. Внешним признаком установившегося расхода при заданной температуре опыта является постоянство давления на входе в калориметр. Возникающие при работе поршневого компрессора пульсации давления уменьшаются при прохождении газа через систему масло-и влагоотделителей, вентили и окончательно сглаживаются в буферных емкостях. Существенное значение для уменьшения пульсаций давления имеет поддержание постоянного давления на входе в компрессор, т. е. в газгольдере.
Обычно используемые газгольдеры «мокрого» типа обладают двумя существенными недостатками: громоздкостью и неизбежным сильным увлажнением газа. Поэтому в работах МЭИ применялся газгольдер сухого типа *. Специальное разгрузочное устройство с указателем положения мехов позволяет поддерживать давление в газгольдере постоянным.
Для исследования была взята коммерческая пищевая осушенная двуокись углерода, имеющая по паспорту чистоту 99,4—99,6% с содержанием влаги не более 0,04% (по весу). Часть двуокиси углерода из баллона стравливали в атмосферу, баллон переворачивали и в дальнейшем использовали С02 из жидкой фазы. Чистоту газа на выходе из установки систематически контролировали газоанализатором ГХИ-Зм.
Обычно теплоемкость ср определяют по значениям измеряемых в ходе опыта величин на основании формулы
где (2 — количество тепла, выделенного калориметрическим нагревателем; щ — тепловые потери; А/ — калориметрическая разность температур: б/др — разность температур, обусловленная дросселированием газа в калориметре (измеряется в опыте с выключенным калориметрическим нагревателем).
При исследовании теплоемкости С02 на описанном выше калориметре тепловые потери не были обнаружены. Кроме того, на входе в калориметрическое устройство температуру газа поддерживали строго постоянной в течение обоих периодов опыта, что позволило определять повышение температуры газа
* Он представляет собой цилиндрический стакан высотой 1,5 м и диаметром 0,5 м, в который вставлены гофрированные меха, изготовленные из резины с прослойкой ткани и каучука.
210
в калориметре по показаниям только одного выходного термометра сопротивления. При этих условиях расчетная формула приводится к виду
где /2, ц и /2,1 — температура газа на выходе из калориметра соответственно при включенном и выключенном нагревателе.
Очевидно, что точность определения Ср при использовании формулы (5.4) повышается, так как уменьшается величина возможной систематической ошибки измерения разности температур и исключается необходимость введения поправки б/др. Однако существенно возрастает длительность эксперимента.
Вследствие малой разности температур (А/=1—5 К) экспериментально измеренная теплоемкость газа считалась истинной и относилась к средней температуре в калориметре. Это эквивалентно предположению, что в узком интервале температур теплоемкость на изобаре линейно зависит от температуры *.
Полученные на рассматриваемой экспериментальной установке опытные данные сведены в табл. 44. Первоначально погрешность опытных данных была оценена величиной 0,8—0,9%. В действительности, она, по-видимому, несколько больше по следующим причинам. Вероятность тепловых потерь калориметра полностью не исключена, а возможность их точной количественной оценки отсутствовала. Малые примеси воздуха (до 0,2%) считались неопасными, а между тем их влияние на теплоемкость вблизи максимумов ср, как показали последующие измерения [5.28], является весьма существенным.
Вторая установка лаборатории ТОТ МЭИ [5.4, 5.5.]. Эта установка ориентирована на измерения изобарной теплоемкости СО2 при относительно невысоких давлениях (до 60 бар) и температурах ниже 100° С. Здесь, как и ранее, реализован метод проточного адиабатного калориметра с объемным способом измерения расхода исследуемого вещества. Но в конструкцию основных элементов экспериментальной установки и в процедуру измерений внесены существенные изменения.
