Теплофизические свойства некоторых авиационных топлив в жидком и газообразном состоянии Варгафтик Н.Б., страница 22

Г., Корнилова Е, Н и Ш е й н и н а Ф. А., Графический способ определения молекулярного веса нефтя ных фракций, «Нефтяное хозяйство», 1950, № 9, 6, Р о ж к о в И. В., Уточнение графического метода определения молекулярных весов керосиновых фракций, «Нефтяное хозяйство», 1954, № 6, 7, С т р о н г Д., Техника физического эксперимента, Лениздат, 1948, стр, 193 — 197, 8, Рыбак Б, П., Анализ нефтепродуктов, т. 1, Азнефтеиэдат, 1948, стр 147. 9 Ш а х и а р о н о в М. И., К вопросу об измерении плотности и упругости пара жидкости, «ЖТФ», !948, т 18, вып, !О, 1255, 1О. О та пе Н, ГГ, М, 8с.

РЬ. ГЗ., Е1азнс Соп»1ап1з о1 Рпзед Оиаг1х, СЬапие оГ Чоипиз Мобп1цз вчГЬ Тегпрега1пге, «Ргос. о1 Гйе коуа! 8ос.,» Бег. А. ч. 122, ГЧо А789, 1929, р. 274, 11. Н а г11еу А. и., Не пг у Т. Н. апб 1ЧЬу1! отч-О г а у, к. О. Абзогр1!оп Еггог !п Гйе Ве1егпипаноп о1 Оазеопз Вепинез апб Гие Абзогрноп о1 Оазез оп Чпгеонз 8!1!саз, «Тгапз. Рагабау 8ос.» ч. 35, !939, р. 1452 — 1461. 12.

Магх 3. ЪЧ. апб 8!чег1з еп Л М., Тешрега1пге Гэерепдепсе оГ Е1азис Мобц11 апб 1п1егпа! Рнспоп оГ 8гпса апб О1азз, «Л оГ Гйе Арр!, РЬуз». ч. 24, ЬГо 1, 1953, р. 81 — 87. 13. М 111 з 1. 1Ч., Н1г з с Ь1 е г А Е. апб К и г1 з 8, 8,!г., Мо!есп!аг тЧеГКЫ РЬушса! Ргорег1у Согге1а1юп 1ог Ре1го!епш Ргас1юпз, «1пб. апб Епи. СЬеш».

38, !946. р. 442 — 450. 14. 8 о з ш а п к. В., Р. Н. О., ТЬе Ргорегнез о1 811!са, ЬГевгтогй, 1927, р. 435. 15. 81гошЬег К и., Абзогр11опшеззцпиеп шп е!пег чегЬеззег1еп МГЬгочгаке, «РЬуз. Вег!сЫе», В. 11, 1930, 8. 602. 16. 1Ч а к пег О. Н., В а11е у О. С. апб Еч ег з о1е 97. С., 8пг1асе Тепиоп, ГагГп14 Оепзпу апб Чарог Вепзиу о1 8п!Гпг ГЗюх1бе 8о!п1юп оГ Ро1азмшп Тюсуапа1е а1 10; 15, Ю' апб 25' С, «Ю. о1 РЬуз. СЬеш», ч. 45, ГГ 9, !941, р, 1388 — 1397. 17. !Чакпег О.

Н., Огзп1 С., Ва11еу О. С. апб Ечегзо!е йг. С., Ве1егш1п!пя 1иГшб апб Чарог Оепипез Гп С!озеб 8уз1егп. А Ргес1зе Ме1Ьоб, «Гпб. апб Епк. СЬеш. Аппа!. Еб.,» ч. 14, 1941, р. 131. Ю. Д. ВАСИЛЕВСКАЯ ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ СИСТЕМЫ «ПАРЫ ТОПЛИВА Т-5 — ВОЗДУХ» Целью настоящей работы является определение ~коэффициента диффузии системы <апары топлива Т-5 — воздух» при различных температурах до 350'С при атмосферном давлении Коэффициент диффузии паров многокомпонентных жидкостей при высоких температурах мало исследован.

В литературе имеются экспериментальные данные для некоторых отдельных компонентов, входящих в состав топлив, но онн получены для очень узкого диапазона температур. По диффузии системы «пары бензина — воздух» получены данные при температурах от 5' до 35'С, Экспериментальные данные по диффузии системы «пары топлива Т-5 — воздух» в литературе отсутствуют, В связи с тем, что топливо Т-5 представляет собой многокомпонентное вещество, оказалось необходимым проводить исследование диффузии с отдельными фракциями этого топлива, 1. Обзор методов определения коэффициента диффузии паров жидкостей Прежде чем дать описание методики, примененной в нашей рабо- те, целесообразно привести краткий обзор наиболее распространен ных методов измерений коэффициентов диффузии паров.

Процесс диффузии описывается уравнением Фикка: ИО= — —  — дз Ы-., (1) дх где Ыб — количество вещества в молях, проходящее за время Ыт через поверхность ~й в см'„ с-концентрация в мол»1см', х †координа, перпендикулярная к пз; 0 †коэффицие диффузии в см»1сек. В применении,к идеальным газам уравнение (1) примет вид Ю= — — — л Ыз Ыт, ЙТ дх где Т вЂ” абсолютная температура; д» вЂ” изменение давления диффунднрующего газа на единицу дх длины в направлении х. 144 В настоящее время для определения коэффициента диффузии пара в газ обычно пользуются следующими методами: !) методом Стефана; 2) методом Роси; 3) методом Франк-Каменецкого. Метод Стефана [5) Этот метод основан на испарении жидкости с открытой поверхности.

В связи с этим его нельзя применять для исследований в широком интервале температур: границами подобных исследований являются точка замерзания и точка кипения при давлении окружающей среды. Точно калиброванная трубка, частично заполненная жидкостью, устанавливается в вертикальном положении. Мимо верхнего открытого конца пропускается поток сухого газа (давление пара исследуемой жидкости в этом потоке равно нулю).

В том случае, когда плотность пара меньше плотности того газа, в который происходит диффузия, трубку заполняют смоченной ватой и для избежания погрешности вследствие конвекции трубку переворачивают, т. е. наблюдают диффузию пара сверху вниз. Количество продиффундировавшего пара определяют либо по понижению уровня жидкости, либо путем взвешивания трубки до и после опыта, как это делалось в работах Уилка 13). Количество пара или газа, продиффундировавшее за время т через сечение з в случае однонаправленной диффузии через другой неподвижный газ, выражается уравнением 6— (2) ят(р — р~) пх где р — общее давление смеси; р; — парциальное давление диффунднрующего пара.

Интегрирование уравнения (2) при постоянной температуре Т дает; О= — !п 77атр р — р, Йтх р — р,' где р~ и рз — соответственно давления пара у открытого конца трубки и у поверхности жидкости. Из последнего уравнения и определяют коэффициент диффузии. Так как при испарении поверхность жидкости охлаждается, то вызванное этим процессом понижение температуры поверхности раздела следует учитывать при определении давления рв Уилк в своих опытах для избежания ошибки в определении рз измерял температуру поверхности жидкости. Понижение температуры для летучих жидкостей было порядка О,!" — 0,2'С, а у таких веществ как вода и бензол изменение температуры было пренебрежимо малым. 10 617 + 145 Метод Роси (4) Мимо верхнего открытого конца трубки, температура которой Тв поддерживается постоянной, движется поток воздуха и пара (фиг.

1). Концентрация пара в потоке р,. В нижней части трубки на расстоянии хо от верхнего конца поддерживается низкое парциальное давление ри пара, которое создается в результате резкого охлаждения в этом месте. Поскольку р, всегда больше р„то пар диффундирует вниз н конденсируется на охлаждаемой поверхности. Так как нижняя граничная поверхность непроницаема для воздуха, то благодаря диффузии его вверх и конвекции вниз в состоянии равновесия диффузия воздуха отсутствует.

Решение уравнения (2) в применении к участку постоянной температуры Т„дает ~~Р 1 Р— Рн мТвхо Р Рв Ниже хо в трубке на очень небольшом участке (1о1о от общей длины трубки) хн темпех ратура линейно падает до зна- чения Т зависящего от усло- в и вий охлаждения. Фиг. 1. Схема к методу Роси Решая уравнение диффузии для обоих участков х, и х„соответствующих постоянной Т, и переменной температуре Т, и пользуясь степенным законом (В и т — опытные постоянные), доказанным предшествующими опытами многих исследователей, автор находит сложное выражение для определения рн; Т вЂ” 1 (2-м)(тв-Тв) " Р Рв),Та т Тт — т.) и(Р— Рн) «о в 1и (р — рн) —— Т (2 — на) (Т вЂ” Тн) хо х (Т, гн — Т„) где р' — парциальное давление у поверхности конденсации.

Все величины в этом уравнении, кроме и, определяются из опыта. Для определения и сначала вычисляют коэффициент диффузии из опытных результатов для всей разности температур (в расчетное уравнение, которое здесь не приведено, вместо р, подставляют р',), Получив таким образом фиктивное значение Р, вычисляют по уравне- 146 Метод ФранкКаменецкого Новый метод, предложенный Франк-Каменецким, был применен им и его сотрудниками 121 для исследования диффузии систем «СО» †возд» при температурах от 17' до !2бО' С и «водяной пар— воздух» при температурах 7 от 100 до 1200'С.

В этом методе исследуется диффузия воздуха х через горизонтальную узкую трубку в припаянный шар наполнени~ ги ФИГ. 2. ПРИбОР НЛЯ ИССЛЕНОВаиИЯ НнффУ»ИН исследуемым газом или методом Франк-Каменецкаго. паром (фиг. 2). Измеряется количество воздуха, продиффундировавшего в шар. Процесс рассматривается для случая, когда объем трубки мал в сравнении с объемом шара. В работе 12) показано, что по истечении времени «=Ее/Х> (1.— длина трубки) от начала опыта в трубке устанавливается квазистационарное распределение ~концентраций, которое можно считать линейным, Уравнение диффузии в этом случае записывается в следующем виде: ! — горнзонтааьнан анффтзноннан трубка постони нога сененнн, у — нспоногатеаьнна отросток — = Оз моль|сек, гт'0 со — с гг'т 7.

где се — концентрация воздуха в окружающей среде в моль!сма; с — концентрация воздуха в шаре в моль/сма. 617 1бе 147 нию (3) т с достаточной точностью. Затем по уравнениям диффузии, написанным для участков хо и хгн определяют точное значение коэффициента диффузии. Автором исследовалась диффузия системы «водяной пар — воздух» от 80' до 300'С при давлении порядка одной атмосферы. Полученную зависимость можно представить степенной функцией вида уравнения (3), где В=805 кг(час и гл= 1,80. Из описания методики Роси, а также из приведенных автором экспериментальных данных, можно заключить о сложности этой методики и о трудностях, с которыми связано ее применение.

Недостатками этого метода являются. 1) неприменимость его к тем веществам, плотность паров которых больше плотности воздуха, так как в этом случае, если оставить диффузию направленной вниз, то возникнут погрешности, вызванные ~потоком конвекции, а если изменить направление диффузии, то невозможно собрать конденсат; 2) при применении этого метода надо быть уверенным в пра. вильности степенного закона для коэффициента диффузии во всем исследуемом интервале температур. Изменение концентрации воздуха в шаре выражается так; де Ре — — (с, — с), где Уа — объем шара.

Если учесть, что при т=О концентрация с=О, интегрирование этого выражения дает 1п( )= но еа — е еа — 1 — — =1 — —, еа еа "а где оа — объем воздуха, продиффундировавшего в шар Отсюда получается 1п(1 — — ~= — — т. аа х Ре (4) Ьа "ай По этой формуле и определялся коэффициент диффузии в опы- тах Франк-Каменецкого; при этом было принято: Га — объем всего прибора; оа — объем воздуха, продиффундировавшего в прибор, Для решения поставленной в настоящей работе задачи наиболее целесообразным оказалось воспользоваться именно этим методом измерения коэффициента диффузии, Однако при проведении опытов по диффузии с газами, у которых (как у веществ с большим моле- кулярным весом) коэффициент диффузии в несколько раз меньше, чем у паров воды, объем трубки ме может быть выбран слишком малым по отношению ~к объему шара (это отношение должно быть близко ~к 0,05), В этом случае необходимо пользоваться более точ- ным уравнением, чем уравнение (4).

В связи с этим рассмотрим условия, которые необходимо учиты- вать при применении метода Франк-Каменецкого. Условие т=ЕЦР от начала опыта до наступления линейного рас- пределения концентраций в трубке получается из решения уравне- ния диффузии для одномерного случая вдоль х (фнг. 2) при соот- ветствующих опыту краевых условиях. Если обозначить концентрацию газа или пара в шаре через л, то уравнение диффузии дл дал — =В— да дха надо решать прн следующих граничных и начальных условиях: при х=О л=О; при т=О и 0(х<С л=ла, дл Ре /для при х=Š— = — — ~ — ~, т.