Теплофизические свойства некоторых авиационных топлив в жидком и газообразном состоянии Варгафтик Н.Б., страница 20

1з)1з)1ь Прч исследовании многокомпонентных жидкостей за основу бралась температуоа кипения высококипящей компоненты, В качестве измерительного прибора применялся потенциометр типа ППТВ-1 с зеркальным гальванометром М-21. 3. Подготовка установки Прн подготовке установки к опытам наиболее трудоемкой оказалась наладка весов, которая состоит нз следующих этапов; А. Калибровка спирали при комнатной температуре по нагрузке. В, Определение чувствительности весов, т. е. удлинения спирали, приходящегося на единицу. плотности, В.

Градуировка кварцевых весов при повышенных температурах. Остановимся несколь~ко подробнее на этих этапах на конкретном примере. А. Калибровка спи р али. 1. Прежде всего определяем допустимую нагрузку на спираль методом грубой при~индии с помощью обычной линейки с миллиметровой шкалой и грузиков весом в 100 †2 лг.

Максимально допустимая нагрузка на спираль не должна вызывать удлинения спирали, превышающего более чем в 2,5 раза длн. ну свободно подвешенной спирали. 2. Подбираем кварцевый шар для данной спирали с тем, чтобы он имел вес, не выходящий за пределы допустимой нагрузки, а обьем его был наибольшим Для этой цели построена рабочая номо. грамма, которая явилась результатом рассмотрения различных ком бинацнй системы «спираль — шар» и оценки их в отношении чувс" вительности и прочности. Поясним способ пользования номограммой (фиг, 4). Допустим, спираль имеет чувствительность а=4 мг/мм.

Этой спирали согласно номограмме будет соответствовать шар весом Рш=0,575 г и объемом $'=37,5 смз. 3, На аналитических весах в воздухе взвешиваем отдельно шар и спираль, получаем нагрузку на спираль (без учета потери в весе при взвешивании в воздухе); Р = Р + 1/2 Р, = 0,655 г. 1.

Калибруем спираль, подвешивая поочередно различные грузгии песом Р=60, 100, 200, 300 лег и т. д. (в пределах допустимой рг ВВ Р,В ОВ В.Е Ф иг. 4. Номограмма оптимальных размеров кварцевых весов. нагрузки) и отсчитывая по катетометру удлинение ех1. Так мы получаем чувствительность спирали при комнатной температуре Ее. а(Ео) = = 4 767.10-з зЕхем Р ЬЕ Далее строим график Р=Е(М). Этот график, показывающий зависимость удлинения от прилагаемой нагрузки, имел для всех примененных спиралей прямолинейный характер. Б.

Определение чувствительности и некотоРых других параметров весов. Опыты своздухомдаюг полное представление о надежности, точности н чувствительности метода Опытами с воздухом начинались и заканчивались все зкс- 131 перименты, Эвакуируя систему, а затем впуская порциями (соответствующими 50 мм рт. ст. по манометру) воздух до полного заполкения системы, и наблюдая укорочение спирали Л1 по катетометру, можно найти полную характеристику весов. Ниже приводится один из опытов с воздухом при условиях го= =17,5'С, р=747,5 мм рт. ст, 1) "1увствительность весов при комнатной температуре находится по формуле К(1о) = ' ' 0,1266 10-' г)мм смз л где и — число опытов; '1; — плотность воздуха в установке при ее заполнении до давления р, при комнатной температуре Т=290,7' К.

Она определяется нз выражения 7'=та о Рг 1 599 10-ор . Ро здесь ум То и Ро — плотность, темпеРатУРа и давление воздУха пРн ноРмальных УсловиЯх; (о=!,293 1О ' г/смз, То= 273,2' К, ро= 760 мм рт. ст.; Жз — измеряемое по катетометру укорочение спирали от исходного положения ее в вакууме до положения при давлении (р,=50 мм рт. ст., р»=100 мм рт. ст. и т, д.). Относительная ошибка 6 К(го) /К(го)=0,0! о(о. 2) Объем системы <спираль — шар» находится, ~как частное от де. ления чувствительности спирали при комнатной температуре а (го) на чувствительность весов К (го) при той же температуре. Ь о =37,65 см'. а(г ) «,767 10-з К(го) 0 1266, 1О-з 3) По весу вытесненного системой «спираль — шар» воздуха находим полную нагрузку, приходящуюся на спираль: Ро= Р+7зР, где Р— вес системы «спираль — шар» без учета потери веса при взвешивании в воздухе: Р Р + — Р,=0,5005+0,1545=0,655 г; ЬР— вес воздуха, вытесненного системой «спираль — шар»; ЬР=а(го)аз=4,767 10 з 9 44=0,045 г; Ро=О 655+0 045=0,700 г, Ж вЂ” укорочение спирали при полном заполнении установки от вакуума до давления р=747,5 мм рт.

ст. (Л1=-9,44 мм). 132 4) Определяем полное удлинение спирали при комнатной температуре в вакууме при максимальной нагрузке: ЬС,,= * ' =145,80 зззз. Ро 0 700 а(уо) 4 767.10-з Это удлинение — очень важный параметр. Он является исходным для определения чувствительности весов в опытах с нагревом. В. Градуировка кварцевых весов при повыш е н н ы х т е м п е р а т у р а х. Эта градуировка необходима вследствие изменения модулей Юнга и жесткости плавленого кварца с температурой. Прокаливая спираль (для большей надежности) несколько раз и нагружая ее шаром в вакууме при темпера. тем 00 70 У0 70 г0 0 Р0 00 50 40 50 00 70 00 Ра г00 По Р00 13061им Фиг.

6. Градуировка спирали по нагрузке при различных темпера- турах. ! — помеетпее температура. 3 — мегрез до ЗОО' С, 3 — пегрее до ЗГЮ' С. туре, превышающей температуру опытов, мы измеряли укорочение спирали и соответствующие температуры. В результате можно было построить градуировочную кривую ст!'.и Рр (Р) (см.

фиг. 2), которая позволяла учесть изменение чувствительности спирали с нагревом. Если построить зависимость удлинения от нагрузки, то она будет прямолинейной, а тангенс угла наклона прямой (смт фиг. 5) будет характеризовать изменение чувствительности спирали с нагревом. С ростом температуры она будет возрастать, иными словами, будет возрастать жесткость спирали. Линейный характер этой зависимости сохранится и для высоких температур. Чувствительность спирали при прочих выбранных условиях будет только функцией температуры а а(Р) = Ро а~ — ы, 133 Дальнейшие опыты по градуиронке показали, что чувствительность кварцевой опирали (и, следовательно, кварцевых весов) является величиной стабильной, На фиг.

2 сравниваются результаты первой градуировки весов с градуировкой их после проведения 18 опытов с тремя различными жидкостями (бензином Б-70 и его фракциями, керосином и фтороуглеродистой жидкостью); отградуированные весы сохранили градуировку и после опытов (интервал времени 6 месяцев) *.

Применялись весы со следующей характеристикой: чувствительность спирали а (/е)=4,767 ° 10 а г/мм; объем системы «спираль — шар» 'т'=37,65 сма; чувствительность весов К (/о)=0,1266 10а г/см' мм. Укороченне спирали при взвешивании шара в воздухе прн нормальных условиях (т, е. от вакуума до давления 760 м,н рт, ст. прн ~„,„=15'С) Я=9,6 мм.

4. Проведение опытов После тарировочных опытов с воздухом и градуировки весов в вакууме при различных температурах проводились основные опыты. Исследуемая жидкость заливалась в кипятильник и дегазировалась (освобождалась от воздуха, растворившегося в ней при заливке). В случае жидкостей с умеренной летучестью и растворимостью дегазация состоит в охлаждении жидкости и двойной откачке воздуха форвакуумным насосом. Нагрев обоих термостатов / и П проводился таким образом, чтобы температура термостата П, в котором находятся весы, всегдя была на 15 — 20 С выше температуры термостата /, чтобы исключить возможность конденсации паров на весах. Соединительная трубка /// должна иметь среднюю температуру между температурами обоих термостатов.

По окончании опытов во избежание конденсации паров в колбе с весами необходимо предварительно охладить кипятильник до температуры, близкой ~к комнатной, а затем выключить обогрев весов и соединительной трубки ///. Для того чтобы оценить точность предлагаемого метода, были проведены измерения плотности паров и молекулярного веса ряда хорошо изученных веществ: воздуха, водяного пара и паров н-гептана (1, 2). В нашем распоряжении был эталонный н-гептан со следующими данными: температура кипения при нормальном давлении /„„а=98,4'С; температура плавления /а — 90,6' С; показатель преломления на желтую линию натрия при температуре 20' С вЂ” перо — — 1,3878; плотность жидкой фазы при температуре 20 С сР4' =0,6838 г/см'.

ч После градуировки по температуре снова праводитси опыты с воздухом дли проверки чувствительности спирали. 134 Экспериментальные исследования проводились в температурном интервале 87,8' — 157' С при давлениях от 124 до 711 мм рт. ст, Точность опытов составила 0,16% 121. Опытами также удалось подтвердить, что, (как и предполагалось, никакого влияния адсорбции на весы замечено не было.

Разработанная методика была применена для изучения плотности паров, молекулярного веса и упругости насыщенных паров бензина Б-70 и его фракций и керосина Т-1. Исследованные бензин Б-70 и керосин Т-1 представляют собой смеси множества углеводородов. Давления паров таких жидкостей являются функцией состава и зависят от соотношения между паро- 7.70 770 770 М0 700 (00 00 05 ЯОС'С 70 00 00 00 700 770 Ко 700 7000„'С Фиг.

6. Кривая Фракционной разгонки бензина Б-70. вой и жидкой фазами, т. е, 17„„/17 „. По мере выкипания пар оказывается обогащенным более легкими компонентами, а жидкость— более тяжелыми. Насыщенный пар будет находиться в равновесии с жидкостью, состав которой будет отличаться от состава пара тем сильнее, чем больше 17я.р/17 н 181. В нашей установке соотношение паровой и жидкой фаз было равно 1(еар/17 „,в=~10/1.

Для того чтобы проводить измерения с более однородным составом, бензин Б-70 ((/ааз =0,750) был разогнан на приборе Гадаскина на'три фракции с температурными интервалами 45 — 90' С, 90 — 120' С, 120 — 150 С. Кривая фракционной разгонки по Энглеру для исследуемого бензи. на Б-70 представлена на фиг. 6. Для освобождения жидкости от воздуха проводилась двойная откачка системы.

На фиг, 7 представлены опытные значения молекулярных весов бензина Б-70 и его фракций и керосина Т-1. 7 Уд 00 70 00 Я ба уа 70 70 д 7000 00 700 770 770 Ю Фиг. 7. Значения молекулярных весов по опытным данным. 1 — фракция (40 — 90'1 бензина В.70. 2 — фракция (90 — 120') бензина В-70, а — фракция (120 — 1бое1 бензина В-70. 4 — керренн Т-1. Наблюдается закономерный рост молекулярного веса с повышением температуры, что является характерным для таких многокомпонентных жидкостей (см. также ПЗ]), В табл.

1 даны значения молекулярных весов для всех трех фракций бензина Б-70 с указанием температурного интервала исследования. В двух последних графах таблицы указаны средние температуры кипения и соответствующие им средние значения молекулярного веса. Такое осреднение, весьма условное, было проведено для удобства сравнения с данными криоскопических измерений, представленными в табл. 2. Таблица 1 Молекулярный вес фракций бензина Б-70 по исследованиям автора Средний молекулярный вес паров фракций М Температурный интервал опытов 'С Значения моле- кулярного веса паров госакций Наименование фракций и темпе- ратура раэгоики оС Средняя температура кипения оС от 89,5 до 90,8 от 93 2 до 98 4 от 113,3 до 120,! Первая 45 — 90 Вторая 90-120 Третьа 120 — 150 45 — 78 43 — 95 90 †1,6 61,5 69 111 90,2 95,2 116,7 Таблица 2 Молекулярный вес фракций бензина Б-70 по крноскопическнм данным Средний молекулярный вес жидких фракций Мкриоок Средняя объемная температура кипения гоб С Удельный вес жидкости аго г)смэ Наименование фракций и темпе- ратура раэгонки 'С Молекулярный вес жидких фракций 100,7; 100,5 107, 111, 109 !Ю,З; !24,3; 121,1 111,1; 110,8; 115,3 Первая 45 — 90 Вторая 90 — 120 Третья 120 — 150 5-70 100,6 109 122 112,4 74,4 100,2 121,4 102,6 0.733 0,755 0,784 0,750 136 В табл, 2 приведены значения молекулярных весов для тех же фракций бензина Б-70.