Теплофизические свойства некоторых авиационных топлив в жидком и газообразном состоянии Варгафтик Н.Б., страница 11

Обработка результатов эксперимента по бензину Известные экспериментальные данные по плотности бензина * охватывают температурный интервал 20 — 150 С. Эти данные нами экстраполированы до температуры — 50', что представляется весьма надежным, так как при низких температурах зависимость плотности бензина от температуры мало отличается от линейной.

Экстраполяция на более высокие температуры была выполнена следующим образом. По уравнению, предложенному Халиловым для углеводородов 16], Р, = 0,3422Р, + 0,0236, В. Обработка результатов эксперимента по топливу Т5 Значения плотности Р жидкой фазы топлива Т-5, необходимые для вычисления поверхностного натяжения и, в интервале 0'— 280'С взяты из работы С. Н. Соколова и Ю. В, Тарлакова ***, для температурных интервалов 280' — 300' С и 0 — — 40' С значения Р установлены экстраполяцией. Плотность су газообразной фазы вычислена по уравнению рМ мТ " См.

статью '* См. статью '"' См. первую в1ем сборнике С. Н. П и т и бр а т ов а в настоящем сборнике. Э. А. Ба л а м у то в о й в настоящем сборнике. статью С.Н. Соколова и Ю. В Тарлакова внастоя- где Р; — плотность при температуре кипения, была вычислена плотность Р, бензина прн псевдокритической температуре. Для бензина температура кипения 1 .=103', таким образом, для бензина получается значение плотности Рь=0,256 при псевдо- критической температуре 1ь=4!3' С.

На основании этих данных была построена кривая температурного хода плотности бензина, по возможности подобная кривым для углеводородов — гептана и октана, и таким образом установлены приближенно значения плотности бензина, приведенные в табл. 4. На основании известных данных о молекулярном весе и давлении насыщенных паров бензина в температурном интервале 40 — 110'С "*, приведенных в табл. 4, по уравнению с!= — опре- рМ йТ делена плотность паров бензина. Эти вычисленные значения плотности с! паров бензина далее экстраполированы до псевдокритической точки (Уь=413', А=0,235), при этом ход кривой плотности паров бензина взят по возможности подобным ходу соответствующих кривых для гептана и октана.

Поверхностное натяжение вычнслно по формуле а=-ая(Р†), все расчеты сведены в табл. 4. 2 Для равновесного давления р взяты данные при соотношении объемов фаз 1гжззх Значения молекулярного веса М газообразной фазы известны для температур до 250 С, *' они зкстраполнрованы до 300 С. Результаты расчетов приведены в табл. 5. Результаты экспериментов по бензину, керосину и топливу Т-5 графически представлены на фиг. 4.

-7РР 17 Уй7 гор Мв ь'Г Фиг. 4. Зависимость поверхностного натяжения от температуры для керо- сина Т-1, бензина Б-70 н топлива Т-б. 4. Оценка погрешности аксперимента Как указывалось выше, поверхностное натяжение вычислялось по формуле о = ~ аз(0 — 11), 2 где аз= Н , а Ь, и Ь,— приблизительно равны радиусам г, 1 1 вг аз н гз соответствующих капилляров. * См. вторую статью С. Н. С о к о л о в а и Ю. В. Т а р л а к о в а в настоягием сборнике. ** См статью Э.

А. Б а л а м > т о в о й в настояпгем сборнике. Из этих формул следует, что погрешность определения поверхностного натяжения а складывается из следующих частей; а) погрешности определения радиусов капилляров; б) погрешности измерения расстояния Н между менисками в капиллярах; в) погрешности измерения температуры (ошибка отнесения); г) погрешности в данных по плотности жидкой 0 и газообразной Н фаз. 1. Значение радиуса каждого капилляра определялось как среднее из результатов нескольких измерений. Допушенную при этом максимальную погрешность можно оценить в 0,25'/,. Перед этим капилляры очень тщательно калибровались, поэтому радиус их в разных местах мог отклоняться от измеренного среднего значения не более чем на 0,05'/е. Таким образом, ошибку, обусловленную неточностью в определении радиусов двух капилляров, применявшихся в одном приборе, можно считать равной 0,6'/а.

2. Расстояние Н между менисками в капиллярах измерялось катетометром с ошибкой до 0,02 мм. Относительная ошибка при низких температурах, когда расстояние Н было порядка 25 мм, составляла 0 03~ 25 При наиболее высоких температурах расстояние Н уменьшалось иногда до 3 мм. При этом относительная ошибка составляла 0,02 — =0,7Ж. 3 3. Поверхностное натяжение с ростом температуры убывает сравнительно медленно, поэтому имевшаяся погрешность измерения температуры в 0,25' С вызывает ошибку отнесения данных по поверхностному натяжению, составляющую 0,05$ при низких температурах и достигающую 0,159/е при наиболее высоких температурах эксперимента.

4. Плотность 1 паровой фазы исследуемых веществ вычислена по уравнению состояния идеального газа д= — . В исследуе- рМ йТ мом температурном интервале плотность Ы паровой фазы керосина и топлива Т-5 во много раз меньше плотности жидкой фазы и поэтому ошибка в данных по плотности паровой фазы очень слабо влияет на величину множителя 1Р— г/), входящего в формулу для расчета поверхностного натяжения. Наибольшее значение плотности паровой фазы наблюдается У бензина при температуре 300' С, но и при этом, если допустить ошибку в определении плотности паров в 10%, то обусловленная этим ошибка в величине поверхностного натяжения составляет не более 1э/э даже при наивысшей температуре 300' С; при более низких температурах ошибка значительно меньше.

75 Значительно большее влияние на точность измерения поверхностного натяжения оказывает ошибка в данных по плотности жидкой фазы Р. Для керосина и топлива Т-5 имеются экспериментальные данные по плотности жидкой фазы в интервале температур 0' — 280' С с точностью 0,5'/а. Эти данные были линейно экстраполированы с той же точностью до температуры — 50' С и до температуры +300' С. Таким образом, наибольшая ошибка в определении поверхностного натяжения керосина и топлива Т-5 может составить За/а при наивысшей температуре, равной 300 С. и приблизительно 1,3'/р при низких температурах. Из тех же соображений следует, что для бензина при низких температурах ошибка измерения'будет такой же, как и для керосина и топлива Т-5.

При высоких же температурах предельная ошибка для бензина может быть несколько большей в связи с некоторой неопределенностью в данных по его плотности, полученных далекой экстраполяцией. 5. Анализ результатов Для расчета поверхностного натяжения в практике пользуются различными эмпирическими выражениями, применимыми, однако, только для химически индивидуальных веществ [41.

Бензин, керосин и топливо Т-5 — вещества химически не индивидуаль. ные, поэтому их поверхностное натяжение может и не подчиняться этим закономерностям. Но все же представляется целесообразным подыскать закономерность для поверхностного натяжения этих ве ществ в виде одной из известных формул Для углеводородов довольно успешно применяется формула Этвеша: 2 ю ~ ) й (7 «р 7 6) 7МХ З где А=2,! н 6=8", но к бензину, керосину и топливу Т-5 ее применить нельзя в связи с неопределенностью данных об их критической температуре 7 и особенно о молекулярном весе М их жидкой фазы, изменяющемся с температурой.

Вполне удовлетворительной для практики точностью обладаез формула Воляка 14) а Аоэ 10 где А и й — константы, характерные для каждого вещества;, 1 о= — — удельный объем жидкости. Р Эта формула оказалась справедливой только в отношении топ лива Т-5, поверхностное натяжение которого в интервале — 40' — ' +250 С можно рассчитывать по уравнению 6184юэ 10 — Р а«м'.

76 Для керосина и топлива Т-5 можно пользоваться формулой Ван-дер-Ваальса а=не(Т.,— Т)", п=С(0 — 4()4 где С вЂ” константа, характерная для каждого вещества. Эта формула даже в применении к химически индивидуальным веществам дает расхождение с опытом, особенно значительное при высоких температурах. Как показывает табл. 6, формула Бачинского дает значительные расхождения с опытом для бензина и керосина, ее можно применять лишь к топливу Т-5, поверхностное натяжение которого можно рассчитывать по уравнению и = 56 (19 — с() 4.

Таблица б Расхождение опытных н вычисленных по формуле Бачинского значенн» поверхностного натяжении в зп ТОплиВО Т-5 Бензин Б-70 Топливо Т-5 КеРосин Т-1 Керосин Т-1 Бензин Б-70 г'С т'с 20 100 2,8 2,7 0,8 1 1 1,4 5 17 200 300 9,5 85 Таким образом, из всех известных выражений поверхностного натяжения ни одно из ннх нельзя применять к бензину, что связано с химической неиндивидуальностью бензина. При нагревании такого сложного вещества сначала из жидкой фазы в паровую переходят легкие фракции, обладающие малым поверхностным натяжением, при более высоких температурах происходит испарение все более тяжелых фракций, обладающих большим поверхностным натяжением.