Теплофизические свойства некоторых авиационных топлив в жидком и газообразном состоянии Варгафтик Н.Б. (1013730), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Эта величина представляет собой чувств и т ел ь н ост ь в ес о в, т. е. характеристики их, которая показывает, сколько единиц плотности приходится на единицу длины перемещения спирали. Следовательно, (=К(~) а~с (3) Опыты в вакууме и воздухе показали, что закон пропорциональности, связывающий нагрузку на спираль и ее соответствующее укорочение, хорошо выполняется. Однако множители пропорциональности а(/) и КЯ являются функциями температуры, что объясняется изменением упругих констант плавленого кварца с температурой Так, модуль сдвига плавленого кварца растет с повышением температуры, в связи с чем чувствительность спирали а((), а следовательно, и чувствительность весов К(/) будут изменяться. По этой причине длина спирали является функцией приложенной к ней нагрузки Р и температуры /, т.
е. /.=/.(Р, /), вследствие чего можно говорить об удлинении спирали ЛЕр при постоянной нагрузке и ЛЕс — при постоянной температуре. Зная зависимости а=а(/) и К=К(1), можно вычислить значения Т по уменьшению длины спирали ЛЕ при заполнении установки исследуемой средой от вакуума (Р=О) до давления Р>0 (р— в мм рт. ст.). Укорочение спирали ЛЕ в среде с данной температурой 1 и давлением Р по отношению к длине ее в вакууме при комнатной температуре /а определяется формулой (фиг. 1) Л/-=-/-(Р., Я вЂ” /-'1(Р,— 'аР), ~!, (4) откуда (5) Л/.,= а|.— ЬА*„, где /(Рэ ~з) — /.(Рз ~).
(6) Здесь ЬХя,— смещение начального положения спирали прн нагрузке Р, в вакууме, вызванное нагревом ее от комнатной температуры Гэ до данной температуры / и определяемое экспериментально. При этом следует учесть, что измеряемое изменение длины спирали будет связано с влиянием двух протнвопо- 124 Ьф .) где Фиг. !. Схема возмоасных изменений в длине кваРцевой спирали. Градуировочные кривые б нами находились для каждой выбранной системы «спираль— шар». На фиг.
2 приведена кривая для весов, применявшихся в описываемых опытах. Удлинение спирали, вызванное нагрузкой Ро при се будет равно ЬЕ,,=Х(РО ~о) — Е(0 Со) (8) Заметим, что ЛЬО, конечно, непосредственно зксперимен тально не определяется. Точное гйй Х алым значение са'с может быть легко найдено из формулы для чувствительности спирали (1): а(~) О . (9) ЬЕ, Фкг. д. Градуяровочвая кривая ° — данные первой срадуправнн, О в данные после !а опытов. Р,, как показывает теория (3], дается формулой РО Рш + Рс (! О) где Р— вес шара и Р,— вес спирали.
РΠ— легко определяется раздельным взвешиванием. По формуле (1) также Оз(~)= о Р а ас где (12) Ы„А(РФ ~)-Е(0, г). Из (6), (7), (8) и (12) следует Ы,— Ы.с,— — 7.(РО, ~) — Е(РО, ~О) — 1-(0, г)+С(0, СО)= = — ыу-Р.+ ыь~ -О (18) отсюда (14) ы ап ~выев а Р + ~~а'Р=О' 126 ложных по знаку аффектов: укорочения спирали в результате роста модуля сдвига с температурой (здесь имеет значение наличие нагрузки РО) и удлинения спирали под действием теплового расширения, которое не зависит от того, нагружена спираль или нет.
Таким образом, для ненагруженной спирали аЕ. -О=А(0 ~О) 7 (О 1) (7) Вследствие малости коэффициента линейного расширения плавленого кварца (а=0,5Х 10-" С ') влияние изменения модуля сдвига с температурой является преобладающим и на практике обычно наблюдается укорочение спирали. 1(ак показано выше, ЬЕр о((Е(Ро, ~ ) или ЬЕр о((ЬСп (фиг. 1). Поэтому чувствительность спиралй йри температуре 1 будет равна о (15) Ро — ЬЕр а (~о) Таким образом, формулы (2) и (3) в комбинации с соотношениями (5), (6) и (15) позволяют рассчитать плотность газа Т в гlсио, исходя нз непосредственно измеряемых в опыте величин а(1о), ЬЕр и 1". Последняя из этих величин — объем системы «спираль — шар»вЂ” определялась из опытов с воздухом при комнатной температуре и данном атмосферном давлении.
Окончательной расчетной формулой для определения плотности газов То ЯвлЯетсЯ фоРмУла Т~ Р, Молекулярный вес находился расчетным путем по плотности пара и давлению. Поскольку давление в установке было не выше одной атмосферы, то представлялось возможным воспользоваться для этой цели уравнением состояния для идеальных газов; тоДТо Р (17) где то — значение плотности перегретого пара при температуре весов То'К; р — давление паров в установке; Я вЂ” универсальная газовая постоянная. Плотность насыщенного пара Т, находилась расчетным путем по формуле Т,=7о —, Т2 'т,' где Т~ и То — соответственно плотности насыщенного и пеРегРетого пара при температурах Т,'К вЂ кипятильни и То К вЂ” весов.
Представляло интерес рассмотреть влияние адсорбции на результаты измерений. Для этого были использованы данные по адсорбции Штромберга (15), а также данные Хартли, Генри и УитлоуГрейя 111). Штромберг измерил адсорбцию водяного пара на кварце при давлении от 0,15 до 155 мм рт. ст. и комнатной температуре, Толщина адсорбированного слоя при этом изменялась от 5,5 10-т мм до 135 '10 ' мм, Хартли, Генри и Уитлоу-Грей изучали адсорбцию различных газов на кварцевом шаре при давлениях от 30 до 760 л4м рт.
ст. Расчеты показывают, что даже для таких интенсивно адсорбирующихся на кварце веществ как С»Н4 и 80м адсорбция их на кварцевом шаре в условиях наших опытов может составлять всего 0,001 — 0,000! мг, Чувствительность весов в опыте была равна 0,01 мг, следовательно, влиянием адсорбции можно было пренебречь, 2. Описание экспериментальной установки Установка (фиг. 3) позволяет одновременно с плотностью паров определять упругость насыщенных паров. Поскольку требовалось исследовать пары при давлениях в пределах одной атмосферы и в интервале температур, не превышающих 500'С, то оказалось возможным изготовить установку из молибденового стекла.
В термостате 1 находится колба-кипятильник 1 (70Х ф 50) с ис. следуемой жидкостью, Продолжение ее составляет ()-образный ртутный манометр 8 для измерения давления насыщенных паров, Основную часть установки составляют, кварцевые весы 12, помещенные в термостате О, с помогцью которых производится измерение плотности паров, При изготовлении весов не всегда целесообразно применять спп. рали высокой чувствительности, так как с ростом чувствительности снижается допустимая нагрузка на спираль, что влечет за собой уменьшение размеров шаров и снижение общей чувствительности весов; кроме того, повышение чувствительности вносит определенные неудобства при экспериментировании, требуя дополнительного времени на установление равновесия. В результате подбора целого ряда сочетаний системы «спираль— шар» удалось найти некоторую оптимальную систему.
Разумеется, желательно иметь шары максимально большого объема при минимальном весе и высокочувствительные спирали. Предельные размеры шаров определялись условиями прочности их в работе при давлениях в пределах одной атмосферы и в широком диапазоне температур, В качестве критерия хорошей чувствительности весов была принята величина наблюдаемого укорочения спирали при изменении давления в колбе на 1 агм. При комнатной температуре укорочение, равное 8 — 10 мм на 1 агл, считалось достаточным, так как исследованию подлежали вещества с большим молекулярным весом (М>100) по сравнению с воздухом (М=29,5).
Опыт показал, что наиболее удобными в работе оказались кварцевые спирали, изготовленные из нитей толщиной в 0,2 — 0,3 мм с диаметром витка 1,8 — 2 см и числом витков в=33 — 40, Чувствительность спирали а=3 — 7 мг1мм — оказалась достаточной. Этим спиралям соответствовали шары с объемами $'=35 — 50 смз и весом Р=0,5 — 0,9 г; укорочение спирали при изменении давления на 1 агм 128 при нормальных условиях достигало 7 — 18 л)м.
При этом чувствительность весов была равна О,! ° 10-в гlсив мм. Если учесть, что наблюдение за перемещением спирали производилось с помощью катетометра с точностью отсчета до 0,01 мм, то чувствительность весов уадпрбтлад !гарпроипа Ш о Фиг. 3. Схема установки. 1 и и — термостаты, !11 — соединительная трубка, ! — кадба-кипятильник, у — алюминиевый корпус, 9,— 3,— наоужные теомопары, 4— охранные печи, Б, — ба †внутренн дифференциальные термопары, 6 — термопара соединительной трубы, 7 — асбоцементная опора, 9 †ртутн манометр. 9 — теплоиаоляция (стеклянная вата). !9 †нагревате, Н вЂ кол, !У вЂ кварцев весы, !3 †кварцев полставка, !4 — асбацементный стол. составляла 10 б единиц плотности на одно деление окулярного микрометра. Колба с весами удерживается снизу кварцевой подставкой 13, не связанной с термостатом.
Тем самым исключается влияние расширения алюминиевого )корпуса термостата на положение весов. Наблюдения производятся за обоими концами спирали — нижним и верхним. За нижнюю точку наблюдения выбрано место соеди- 9 б!7 129 пения спирали с шаром. Для наблюдения за изменением верхней точки подвеса спирали служит репер (кварцевая палочка толщиной 0,5 мм), подвешенный строго по центру спирали, что позволяет проводить оба наблюдения, не меняя фокусного расстояния катетометра, Кипятильник и колба с весами соединяются между собой трубкой П1 длиной 800 мм и диаметром 10 мм.
Трубка обогревается проволочным нагревателем. Для измерения температуры и ~контроля температурного поля были применены хромель-алюмелевые термопары. Расположение нх показано на фиг 3. Шесть наружных термопар Зз — За помещены в особых сверлениях в блоках термостатов, а четыре дифференциальных термопары б,— 5, (по две на каждый термостат) служат для измерения искомых температур, т, е. температуры кипения жидкости и температуры пара. Последние прикрепляются к кипятильнику и к баллону с весами. В соединительной трубке РП также имеется термопара б для контроля температуры поступающего в баллон пара, Во избежание полимолекулярной адсорбции на кварцевых весах и стенках баллона температура пара (з в баллоне была всегда на 15' — 20'С выше соответствующих температур жидкости в кипятильнике 1~ и пара в соединительной трубе 1з, т, е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
