ISBN 978-5-7882-0663-9 Работа посвящена теоретическим и экспериментальным основам определения комплекса термических и теплофизических свойств жидкостей в калориметре теплового потока. <...> Предложена математическая модель температурных полей теплопроводящего калориметра при точечном нагреве и проведен анализ полей температур в калориметре. <...> Представлены результаты исследования и обобщения термических (коэффициентов теплового расширения изотермической сжимаемости Р и Т) и теплофизических свойств (изобарной теплоемкости, коэффициентов температуропроводности и теплопроводности) различных классов жидких органических соединений и водных растворов солей щелочных металлов. <...> © Казанский государственный технологический университет,2008 α β ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Р – давление, Па; V – объем, м3; Т – температура, К; S – энтропия, кДж/(кг⋅К); Н – энтальпия, кДж/кг; v – удельный объем, м3/кг; – плотность, кг/м3; Т – коэффициент изотермической сжимаемости, Па-1; S – коэффициент адиабатической сжимаемости, Па-1; V – термический коэффициент упругости, К-1; Р – коэффициент теплового расширения, К-1; СР – изобарная теплоемкость, кДж/(кг⋅К); СV – изохорная теплоемкость, кДж/(кг⋅К); k – показатель адиабаты; a – коэффициент температуропроводности, м2/с; – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К); с – скорость звука, м/с; ∆Т – разность температур, К; ∆Р – изменение давления, Па; ∆Е – термо э.д.с., В, F – площадь под кривой термограммы, В⋅с; Q – количество теплоты, Вт⋅с; Σ – чувствительность термобатареи, В/Вт; kУС – коэффициент усиления; К1; Е – модульЮнга, Н/м2; М – молекулярная масса, кг/кмоль; R – газовая постоянная, кДж/(кг⋅К). nD 20 – показатель преломления; 3 Г – коэффициент теплового расширения материала ячейки, - коэффициент Пуассона; ρ α β β γ λ α µ С – концентрация, кг/литр; RD – молекулярная рефракция, м3/кмоль; m – масса, кг; d – диаметр, м; r – радиус, м; h – высота, м; l – длина, м; – время, с; индекс нижний кр - критическое кип – кипения <...>
Теплофизические_свойства_жидкостей_и_растворов._Монография.pdf
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
Зарипов З.И. Мухамедзянов Г.Х.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ЖИДКОСТЕЙ И РАСТВОРОВ
Казань
КГТУ
2008
Стр.1
УДК 536.632+536.2.023+536.412+536.12.
ББК
Зарипов З.И. Мухамедзянов Г.Х.
Теплофизические свойства жидкостей и растворов: монография / З.И.
Зарипов, Г.Х. Мухамедзянов. − Казань : Изд-во Казан. гос. технол. ун-та,
2008. −3 с.
ISBN 978-5-7882-0663-9
Работа посвящена теоретическим и экспериментальным основам
определения комплекса термических и теплофизических свойств жидкостей в
калориметре теплового потока.
Предложена математическая модель температурных полей
теплопроводящего калориметра при точечном нагреве и проведен анализ
полей температур в калориметре. Изложены теоретические основы
определения и методики измерения комплекса термических и
теплофизических свойств. Представлены результаты исследования и
обобщения термических (коэффициентов теплового расширения
изотермической сжимаемости
Р и
Т) и теплофизических свойств (изобарной
теплоемкости, коэффициентов температуропроводности и теплопроводности)
различных классов жидких органических соединений и водных растворов
солей щелочных металлов.
Предназначена для широкого круга специалистов и научных
работников, занимающихся вопросами теплофизики и проектирования
различных производств и аппаратов в химической, нефтехимической и
нефтеперерабатывающей промышленности, а также преподавателей,
аспирантов и студентов технических вузов.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского государственного технологического университета.
Рецензенты: доктор техн. наук С.Э.Тарасевич
доктор техн. наук Р.А.Садыков
ISBN 978-5-7882-0663-9
© Зарипов З.И. Мухамедзянов Г.Х.
© Казанский государственный
технологический университет,2008
α
β
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.......................................................3
ПРЕДИСЛОВИЕ...............................................................................5
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫИЗМЕРЕНИЯ
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В КАЛОРИМЕТРЕ
ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ..................................................................8
1.1. Нестационарные методы измерения комплекса
теплофизических свойств веществ .................................................8
1.2. Математическая модель температурных полей
теплопроводящего калориметра при точечном нагреве .............17
1.2.1. Расчетный алгоритм. ............................................................20
1.2.2.Нестационарная одномерная задача теплопроводности....22
1.2.3. Дискретизация граничных условий. ...................................26
1.2.4. Анализ температурных полей .............................................27
1.3. Основы измерения теплофизических и термических свойств
в калориметре теплового потока...................................................32
1.3.1. Расчетная формула определения коэффициента
температуропроводности. ..............................................................32
1.3.2 Расчетная формула определения коэффициента.
теплопроводности...........................................................................35
1.3.3. Расчетная формула для определения теплоемкости по
дифференциальной и одноканальной схеме измерения .............38
1.3.4. Теоретические основы измерения коэффициентов
теплового расширения и изотермической сжимаемости в
калориметре теплового потока......................................................40
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ
КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ И
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВЖИДКОСТЕЙ ПРИ
ТЕМПЕРАТУРАХ ОТ 253 К ДО 363 К И ДАВЛЕНИЯХ ДО 196
МПА. ................................................................................................42
2.1. Модернизированная экспериментальная установка для
измерения комплекса свойств в ходе одного эксперимента в
369
Стр.368
интервалах давлений от 0,098 до 196МПа и температур от 298
до 363К.............................................................................................43
2.1.1. Микрокалориметр.................................................................44
2. 1.2. Микрокалориметрический элемент. ..................................45
2.2. Экспериментальная установка для измерения термических
коэффициентов ...............................................................................47
2.2.1. Микрокалориметрический элемент ....................................49
2.3. Экспериментальная установка для измерения комплекса
свойств в интервалах давлений от 0.098 до 196МПа и
температур от 263 до 363К. ...........................................................51
2.3.1. Микрокалориметр.................................................................52
2.3.2. Микрокалориметрический элемент. ...................................52
2.4. Стенд электрических измерений............................................55
2.5. Измерительные ячейки и запорная арматура........................57
2.6. Система термостатирования и терморегулирования. ..........69
2.6.1.Система термостатирования. Термостатирование в
интервале температур от 173 до 363К..........................................62
2.7.Система создания давления. ....................................................63
2.8. Методические особенности проведения измерения
комплекса термических и теплофизических свойств. ................65
2.8.1. Методика комплексных измерений термических и
теплофизических свойств. .............................................................67
2.9. Контрольные измерения. ........................................................70
2.10.Оценка погрешности опытов.................................................75
2.10.1. Результаты оценки погрешностей измерения..................76
2.11. Объекты исследования и оценка их чистоты .....................76
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСА
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И ТЕРМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ...........................82
3.1. Термические и теплофизические свойства предельных.
углеводородов.................................................................................82
370
Стр.369
3.1.1. Обзор основных работ по исследованным свойствам и
краткая характеристика объектов исследования. ........................82
3.1.3. Теплоемкость предельных углеводородов.........................82
3.1.3. Температуропроводность предельных углеводородов. ....90
3.1.3.1. н-гексан и н-гептан ............................................................90
3.1.4 Термические свойства предельных углеводородов. ..........94
3.1.4.1.Коэффициент теплового расширения н-гексана..............94
3.1.4.2. Коэффициент изотермической сжимаемости н-гексана.96
3.2. Термические и теплофизические свойства
непредельных углеводородов......................................................100
3.2.1. Обзор основных работ по исследованным свойствам и
краткая характеристика объектов исследования. ......................100
3.2.3. Теплоемкость непредельных углеводородов...................101
3.2.3.Температуропроводность непредельных углеводородов.109
3.2.4.Коэффициент теплового расширения непредельных
углеводородов...............................................................................115
3.2.5.Коэффициент изотермической сжимаемости непредельных
углеводородов.. .............................................................................123
3.2.6.Теплопроводность непредельных углеводородов............132
3.3. Термические и теплофизические свойства
галогензамещенных предельных углеводородов. .....................136
3.3.1. Краткая характеристика и основные физико-химические
свойства объектов исследования.................................................136
3.3.2. Теплоемкость галогензамещенных углеводородов.........138
3.3.3. Температуропроводность бромзамещенных
углеводородов...............................................................................144
3.3.4.Коэффициент теплового расширения бромзамещенных
углеводородов...............................................................................147
3.3.5.Коэффициент изотермической сжимаемости
бромзамещенных углеводородов................................................153
3.4.Теплофизические, термические свойства
полиэтиленгликолей и их смесей................................................158
3.4.1 Комплекс теплофизических и калорических свойств............
371
Стр.370
полиэтиленгликолей.....................................................................158
3.4.1.1.Теплоемкость полиэтиленгликолей. ...............................160
3.4.1.2. Температуропроводность полиэтиленгликолей. ..........167
3.4.1.3 Коэффициенты теплового расширения и изотермической
сжимаемости. ................................................................................171
3.4.2.Комплекс теплофизических свойств смесей
полиэтиленгликолей.....................................................................174
3.4.2.1.Теплоемкость и температуропроводность. ....................174
3.5. Теплоемкость и температуропроводность
полипропиленгликолей. ...............................................................182
3.6. Теплофизические свойства водных растворов солей
щелочных металлов......................................................................187
3.6.1. Обзор основных работ по теплоемкости и
температуропроводности. Краткая характеристика и основные
физико-химические свойства объектов исследования..............187
3.6.2. Теплоемкость водных растворов солей щелочных
металлов.........................................................................................189
3.6.3. Температуропроводность водных растворов солей
щелочных металлов......................................................................200
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ
КОМПЛЕКСА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И ТЕРМИЧЕСКИХ
СВОЙСТВЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.....204
4.1. Теплоемкость .........................................................................204
4.2.Температуропроводность.......................................................209
4.3. Термические свойства...........................................................210
ГЛАВА 5. МЕТОДЫРАСЧЕТА ИЗОБАРНОЙ
ТЕПЛОЕМКОСТИЖИДКОСТЕЙ И ОБОБЩЕНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.......................................215
5.1 Обсуждение методов расчета теплоемкости жидких
органических соединений............................................................215
372
Стр.371
5.1.1 Методы расчета теплоемкости и температуропроводности,
основанные на модельных представлениях и методах подобия....
........................................................................................................218
5.1.1.2.Теплоемкость углеводородов. .........................................218
5.1.1.3.Температуропроводность углеводородов. .....................222
5.2. Корреляция теплоемкости от молекулярной рефракции. .223
5.2.1.Зависимость теплоемкости от температуры.....................227
5.2.2 Зависимость температуропроводности от молекулярной
рефракции......................................................................................237
5.2.3 Методы расчета теплоемкости и температуропроводности
водных растворов солей щелочных металлов ...........................240
5.2.3.1. Теплоемкость ...................................................................240
5.2.3.2. Температуропроводность................................................242
5.3. Энтропийный метод ..............................................................245
ГЛАВА 6. МЕТОДЫРАСЧЕТА И ОБОБЩЕНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО ТЕРМИЧЕСКИМ
КОЭФФИЦИЕНТАМ...................................................................254
6.1 Теоретические методы расчета термических коэффициентов.
........................................................................................................254
6.2.Методы расчета термических коэффициентов на основе
эмпирических уравнений состояния...........................................257
6.3. Методы расчета термических коэффициентов на основании
одно- и многопараметрического закона соответственных
состояний.......................................................................................260
6.4. Обобщение экспериментальных данных по коэффициентам
теплового расширения и изотермической сжимаемости жидких
органических соединений............................................................262
ПРИЛОЖЕНИЕ ...........................................................................272
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................332
ОГЛАВЛЕНИЕ .............................................................................369
373
Стр.372