Теплофизические свойства некоторых авиационных топлив в жидком и газообразном состоянии Варгафтик Н.Б. (1013730), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Задачей насгоящей работы являлось экспериментальное определение са паРов бензина, кеРосина и топлива Т-5 пРи Различных температурах. Вещества эти многокомпонентны, а молекулы ~компонентов многоатомны н имеют сложную структуру. Спектры этих веществ мало изучены. В связи с этим был выбран путь экспериментального определения с паров этих топлив. !.
Выбор метода определения теплоемкостн паров Термодинамические расчеты можно выполнить, пользуясь значениями теплоемкости при постоянном объеме с, нли значениями теплоемкости при постоянном давлении с Экспериментальное определение с„ газов малой плотности представляет значительные трудности. Методы определения с, паров малой плотности были предложены рядом авторов [7, !3), но они 15 не нашли широкого применения. Методы определения с,, сжатых газов.и жидкостей [1] в настоящее время только начинают применяться.
Более широкое распространение получили методы определения с„, Из этих методов наиболее точным является метод проточногоо к а лор и метр а, Идея метода состоит в следующем; по трубе ~калориметра протекает исследуемый газ, к которому подводится энергия от нагревателя, что вызывает повышение температуры газа.
Измеряя расход газа 6, подведенную энергию О и повышение температуры ц1, можно определить теплоемкость при постоянном давлении с, из 'следующей зависимости; с (1) Метод проточного калориметра применялся для исследования с„ различных газов при различных температурах и давлениях [4, 5, 8, 9, 10, 12, 14]. Этим методом была очень подробно исследована теплоемкость водяного пара. Конструкции установок, разработанных рядом авторов [4, 5], были в основном предназначены для высоких давлений (до рж500 ага) и высоких температур (до 1=600' С), В 20-х годах этого столетия широко применялся звуковой метод определения с, газов.
Измеряя скорость звука в газах, можно определить значение показателя адиабаты к, а затем, пользуясь связью между с, и с., можно вычислить с Этот метод нельзя считать достаточно точным, поэтому в последнее время им почти не пользуются, Сванн [12] измерил с, воздуха и СОз методом проточного калори. метра. Значительные потери тепла в калориметре не позволили автору достаточно точно определить с этих газов. Методика Сванна затем была улучшена [1О]. Средняя погрешность опытов определения с, при низких давлениях была доведена до 0,6'/о. Наиболее удачной следует считать конструкцию проточного калориметра, предложенную в 1947 г.
Веддингтоном «14]. Он опреде. лил с„паров некоторых веществ до температуры 1=200' С. В 1950 г. Рейнольдс и др, [9] сделали попытку сконструировать проточный калориметр для определения с, паров веществ, количество которых ограничивалось малым объемом (-25 смз). Идея использования малого количества жидкости является заманчивой, однако погрешности на этой установке, вызванные неравномерностью потока газа при малых его скоростях, получились большими. 2. Описание экспериментальной установки Установка, созданная нами, позволяет исследовать с, паров прн давлениях ниже атмосферного до температур порядка 400 †5' С. Она изготовлена из стекла.
Для опытов при более высоких температурах установка должна быть изготовлена из кварца, Для получения достаточно точных экспериментальных данных по методу проточного калориметра необходимо: 16 !) обеспечить постоянство расхода пара через калорнметр; 2) свести к минимуму теплообмен калориметра со средой; 3) обеспечить сухость пара, та~к как влажный пар может сильно исказить результаты измерения с„; 4) исключить влияние излучения нагревателя на термопары, Установка (фиг.
!) работает по замкнутой схеме с естественной циркуляцией пара. Постоянный поток пара образуется в термостате 1 испарением исследуемой жидкости в испарителе 2 при помощи электрического нагревателя 1, расположенного непосредственно под поверхностью жидкости. Нагреватель 1 питается от аккумуляторной батареи, Из испарителя 2 пар по обогреваемой трубе 3 поступает через змеевик 4 в проточный адиабатический калориметр 5, расположенный вместе со змеевиком в верхнем термостате О.
Из калориметра пар по обогреваемой трубе 7 поступает в холодильник Хь затем в измерительную колбу 8, объем которой равен !00 см'. Колба 8 служит для измерения расхода пара через калориметр. Если расход не изме ряется в данный момент, то конденсат через трубку 10 и холодильник Хз возвращается обратно в испаритель 2. Перед входом в калориметр пар имеет температуру термостата П. В калориметре пар нагревается электрическим нагревателем 6. Разность температур иа входе и на выходе калориметра измеряется двумя медно-константановыми дифференциальными термопарами 1~ и 1з с помощью низкоомного потенциометра ППТН-), Температура оболочки калориметра измеряется термопарамн 1з, 14, 1ь 1з с помощью высокоомного потенциометра типа ППТВ-!.
Давление пара в испарителе измеряется по температуре, кипения жидкости в испарителе 2 с помощью термопары, которая помещена в капилляре, впаянном в боковую стенку колбы испарителя, Расход пара через калориметр 5 определяется по количеству конденсата, который поступает в измерительную ~колбу 8. Для этой цели измерительная колба 8 отключается от трубки 1О посредством крана 9. Для сохранения давления в системе во время сбора конденсата постоянным служит отводная трубка 11 и холодильник Хь Теплоемкость паров прн постоянном давлении вычисляется по формуле е и' (2) а (и+ ы) аде где Я' — электрическая энергия, подведенная ~к нагревателю калориметра; 1 — сила тока в нагревателе калориметра; У вЂ” разность потенциалов на концах нагревателя калориметра; т — время сбора конденсата; 0 — часовой расход пара; Л! — разность температур на входе и выходе калориметра; в! — разность тем~иератур на входе и выходе калориметра при протекании в нем пара и при отсутствии электрического тока в нагревателе калориметра; 46 — разность температур на входе и выходе калориметра.
2 В!7 !7 иг !. Принципиальная ема установки для опделения удельной теп емкости при постоннм давлении паров ави- ационных топлив. торой термостаг. С!. С!!— термометры термостатов. с,-га — термопары; Х,, Х„ Ха — холодильники. ! †электрическ нагреватель, 2 — испаритель В-обо. греввемая труба, 4 †змеев,  — калориметр и— электрический нагреватель калориметра, 7 †обогреваемая труба,  †измерительн колба. 2 †кр. Ю— манометрвческая трубка, !! †отводн трубка 18 чаданная температура в термостатах поддерживалась с точною .— -~0,1'С с помощью тиратронных терморегуляторов, для создания необходимых адиабатических условий работы калориметра (отсутствие теплообмена) в его рубашисе поддерживался глубокий вакуум порядка 10 з мм рт.
ст., а внутренняя поверхность „водочки калориметра б и внешняя поверхность калориметрической трубки б были еребрены. Энергия Я', подводимая к нагревателю калориметра, определилась по силе тока / в нагревателе и падению напряжения на его концах У, измеряемых пятидекадным потенциометром ППТВ-1. Расход пара О через калориметр определялся по известному объемУ и плотности конденсата, собРанного в колбУ 8, 3. Расчет теплопотерь в калориметре В проточном калориметре с посеребренными поверхностями н при глубоком вакууме в рубашке потери малы.
Эти небольшие утечки тепла учитываются опытами по определению величины с' при различных расходах пара через калориметр, Учет этих поправок производился следующим образом: потери тепла д в калориметре для не очень больших значений разности температур пара М на входе и выходе калориметра можно принять ь(дв) л (3) где п — величина, определяемая из опытов и зависящая от устройства калориметра; д — коэффициент пропорциональности.
Тогда (6) (р' = 1,1+ й (дв), (4) где Я' — энергия, подводимая к нагревателю ~калориметра, Я вЂ” тепло, необходимое для вычисления истинной теплоем. кости. Уравнение (4) может быть записано в виде с,'одв = с,одв+ й (дв), где с ' — эффективное значение Измеренной теплоемкости, с~ — истинное значение теплоемкости. Разделив уравнение (5) на 6ЛВ, получим с' =с +' — '(дв)" — '. .; л г Р Для того чтобы найти показатель'степени л, была поставлена се- Рия о подво р " опытов, в которых расход пара О сохранялся постоянным, а ,одводгмая энергия ~к нагревателю калориметра и, следовательно, Ф изменялись..., иейной з Утем изменения конструкции калориметра удалось добиться лион зависимости между энергией, подводимой к нагревателю я', 2' в9 и разностью температур Л8 на входе в калорнметр н выходе из негт (фиг.
2). Прн этом показатель степени и равен единице и уравнение (6 может быть записано.так; д с'=с +— Р Р (7) Фиг. 2. Зависимость энергии, подведенной к нагревателю калориметра, от раз. ности температур на входе и выходе калориметра. г7'=а„СаРг [( — ') — ~ — э) ], где ℠†приведенн степень черноты; Со=ив.10а=-4,9 клал(мачас('К)4; по †постоянн Стефана — Больцмана; Р, — поверхность калориметрической трубки; Т, и Т вЂ” температуры поверхностей калориметрической трубИ и оболочки калориметра (Т, определялась по среднеМ значению показаний термопар 1„ 1Ф 1з, 1„ а Т =~,.(' Уравнение (7) показываег, что измеренная теплоемкость с,' рав 1 на истинной теплоемкости при 6- оо (или при — э 0).
Уравне 6 нне (7) было использовано для определения значения с„. Для этогг Ц клал час опыты производились при трех четырех различных расходах, з Х затем значения ср были нанесе ны на график в зависимости ог обратной величины расхода с 1 — . Экстраполяция до значи 6 1 Л ния — =О, дает истинное зна. О чение теплоемкости с„. г На фиг. 3 приведен один нг контрольных опытов по опреде. 1 лению с, паров гептана. Представляет интерес ана Литический расчет теплопотерг гс гтдт. в калориметре вместо графиче ского.
В этом случае необходн. мо учитывать потери тепла з калориметре вследствие радиа ции калориметрической труб ки, падения напряжения нз подводящих проводах н теплопроводности остаточного газа в ва. нуумной рубашке калориметра. Радиационные потери вычисляются по уравнению )салориметр имеет следующие данные. я,=0,0075 м', е =0,03 (для серебра); средние теплопотери ледствие радиации составляют д'=0,018 ккал!час. Потери тепла в подводящих проводах обусловлены тем, что разность потенциа. лов )г измерялась не на концах спирали нагревателя калориметра б ( м фиг. 1), а на вводах в калориметр, следовательно, из общей энергии, подводимой к нагревателю калориметра, должна быть вычтена энергия, выделенная в молибденовых подводящих проводах (вводах), Сопротивления проводов =0,0051 ом. По известному среднему значению силы тока в них 7ор=0,55 а вычислены средние теплопотери в калориметре на подводящих проводах, которые составили до= .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
