Экспериментально-теоретическое исследование радиационно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных органических жидкостей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ
|
Панфилович, Владислав Казимирович
АВТОР
|
||||
|
кандидата технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Казань
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2007
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.14
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
П /7
' На правах рукописи
V/
ПАНФИЛОВИЧ ВЛАДИСЛАВ КАЗИМИРОВИЧ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННО-КОНДУКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА
В ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОАКСИАЛЬНЫХ СЛОЯХ ПОЛУПРОЗРАЧНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
01 04 14 - теплофизика и теоретическая теплотехника
АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени кандидата технических наук
Казань, 2007
003163759
Работа выполнена на кафедре «Вакуумная техника электрофизических установок» Казанского государственного технологического университета
Научный руководитель. доктор технических наук, профессор
Аляев Валерий Алексеевич
Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор
Тарасевич Станислав Эдуардович
кандидат технических наук, доцент Гребенщиков Леонид Тимофеевич
Ведущая организация. ОАО Волжский научно-исследовательский
институт углеводородного сырья (г Казань)
Защита диссертации состоится « /4» А/с>*£}>Л 2007г в часов на заседании диссертационного совета Д 212 079 02 в Казанском государственном техническом университете им АН Туполева по адресу 420111, г Казань, ул. К. Маркса 10, зал заседаний Ученого совета
Автореферат разослан « /г » октября 2007г
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им А Н Туполева
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент
' "Каримова А Г
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Органические жидкости находят широкое применение в промышленности Это сырьё и продукты химической и нефтехимической промышленности, топливо и смазочные материалы в авиации и автомобильном транспорте и др
Многие органические жидкости в той или иной степени полупрозрачны в инфракрасной области Теплообмен между такими жидкостями и ограждающими поверхностями при отсутствии конвекции осуществляется молекулярной (кондуктивной) теплопроводностью и излучением Соотношение между молекулярными потоками тепла и потоками тепла, передаваемыми излучением, зависит от оптических постоянных (коэффициента поглощения и показателя преломления) жидкости и радиационных характеристик (степень черноты, поглощательная способность) и индикатрисы рассеяния ограничивающих поверхностей
Вклад радиационного потока в полный радиационно-кондуктивный поток также существенно зависит от температуры жидкости и геометрического фактора - толщины слоя. Доля радиационного потока может достигать нескольких десятков процентов
Поле температур в слое жидкости формируется под влиянием кондук-тивных и радиационных потоков тепла Количественные оценки сложного радиационно-кондуктивного теплообмена во многом сдерживаются отсутствием данных по молекулярным коэффициентам теплопроводности и оптическим характеристикам органических жидкостей
Одной из проблем, связанных с радиационно-кондуктивным теплообменом, является нахождение молекулярной составляющей коэффициента теплопроводности. Особенно это важно при высоких температурах, когда доля радиационного переноса тепла значительна
Большинство данных по коэффициентам теплопроводности, приводимых в справочной литературе, являются эффективными, содержащими как молекулярную, так и радиационную составляющие Справочные данные по коэффициентам теплопроводности получены в основном методом нагретой нити
Спектры органических жидкостей измеряются, как правило, при комнатной температуре Предназначены они для спектрального анализа и приводятся в справочной литературе в виде рисунков малого формата Пользоваться ими для численных расчетов затруднительно
В современной химической, нефтехимической и других отраслях промышленности встречаются задачи радиационно-кондуктивного теплообмена при температурах до 500К и выше Результаты экспериментальных и численных исследований, имеющиеся в литературе, получены в существенно отличающихся друг от друга условиях, что не позволяет использовать их для разработки численно-экспериментального метода определения необходимого числа параметров радиационно-кондуктивного переноса тепла в жидкостях В работах научной теплофизической школы Казанского государственного технологического университета проведено комплексное исследование радиаци-
онно-кондуктиьного переноса тепла в жидкостях Выполнено шмерение молекулярной теплопроводности жидкостей Проведены экспериментально-теоретические исследования радиационно-кондуктивного перекоса тепла в плоских слоях полупрозрачных жидкостей в селективной постановке
Аналогичные исследования радиационно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических коаксиальных слоях жидкостей в селективной постановке отсутствуют
Диссертационная работа направлена на решение актуальной задачи экспериментально-теоретического исследования радиационно-кондуктивного переноса тепла (анализ распределений температур и радиационных потоков тепла, расчет молекулярной и радиационной составляющих коэффициента теплопроводности) в селективной постановке в цилиндрических коаксиальных слоях поглощающих и излучающих жидкостей.
Цель работы и задачи исследования Цель диссертационной работы -разработка в селективной постановке экспериментально-теоретической математической модели и численного метода расчета радиационно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных органических жидкостей Исследование распределения температур и радиационных потоков тепла в слоях полупрозрачных органических жидкостей Расчет коэффициентов. молекулярной и радиационной теплопроводности исследованных жидкостей.
Поставленная цель достигается решением следующих задачи:
- разработка стенда и измерение спектров пропускания исследуемых жидкостей, расчет коэффициентов поглощения и показателей преломления,
- разработка экспериментально-теоретической математической модели теплообмена в цилиндрических слоях органических жидкостей, позволяющей анализировать закономерности радиационно-кондуктивного теплообмена, а также численное моделирование распределения температур, радиационных потоков, коэффициентов молекулярной и радиационной теплопроводности жидкостей, разработка алгоритма для их расчета
Научная новизна.
- измерены спектры пропускания н-октана, бензола, толуола, этилбензола, мета-ксилола, изопропилбензола, ацетона, метилбутилкетона и метиламилке-тона, рассчитаны коэффициенты поглощения в широком интервале температур от комнатной до температуры кипения; 1-гексена при давлениях до -10 МПа в интервале температур от 345К ло 440К,
- впервые определены показатели преломления этих жидкостей,
- разработана экспериментально-теоретическая модель теплообмена в цилиндрических слоях полупрозрачных жидкостей в селективной постановке, -установлен характер распределения температур и радиационных потоков тепла в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных жидкостей,
-проведен расчет коэффициентов радиационной и молекулярной теплопроводности исследованных жидкостей
Практическая значимость. Результаты работы, представленные в виде экспериментально-теоретической модели, позволяющей рассчитывать распределение температур, радиационную и молекулярную составляющие полного потока тепла в цилиндрических слоях органических жидкостей в широких интервалах изменения температур, служат для- расчета и проектирования теплообменного оборудования нефтехимических производств, в которых используются исследуемые в работе жидкости
- расчета радиационного и радиационно-кондуктивного теплообмена в различных теплотехнических устройствах,
- снижения энергозатрат при использовании теплообменного оборудования, где нагреваемыми или охлаждаемыми средами являются полупрозрачные органические жидкости
Автор защищает:
- результаты экспериментальных исследований спектров пропускания и оптические характеристики (спектральные коэффициенты поглощения и показатели преломления) десяти органических жидкостей н-октана, 1-гексена, бензола, толуола, этилбензола, мета-ксилола, изопропилбензола, ацетона, метил-бутилкетона и метиламилкетона,
- экспериментально-теоретическую математическую модель переноса тепла в цилиндрических слоях полупрозрачных органических жидкостей в селективной постановке, позволяющую установить закономерности переноса тепла и проводить расчеты радиационно-кондуктивного теплообмена в селективной постановке,
- методы и алгоритмы численно-экспериментального определения коэффициентов радиационной и молекулярной теплопроводности, распределения температур и радиационных потоков в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных органических жидкостей в рамках селективной модели на основе имеющихся данных по результатам измерений эффективного коэффициента теплопроводности Комплекс коэффициентов молекулярной и радиационной теплопроводности исследованных жидкостей
Апробация работы и научные публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано б печатных работ, 5 статей, 3 из них в журнале, рекомендуемом по списку ВАК Российской Федерации Основные положения диссертационной работы докладывались на XI Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ (гСанкт-Петербург-2005 г), на VII Всероссийском семинаре «Сеточные методы дая краевых задач и приложения» (г Казани-2007г.), на ежегодных научных конференциях Казанского государственного технологическогр университета в 2004-2007 гг
Личный вклад. Все основные результаты получены лично автором Использованные материалы других авторов помечены ссылками В постановке
задач и обсуждении результатов принимал участие научный руководитель д т н, профессор Аляев В А
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
1 Корректными измерениями с использованием высокоточных приборов
2 Согласованностью измеренных спектров пропускания с имеющимися в литературе
3 Применением в процессе вывода расчетных зависимостей фундаментальных физических и математических понятий и методов
4 Экспериментальной проверкой экспериментально-теоретической модели теплообмена в цилиндрических слоях жидкостей
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит 171 страницу машинописного текста и состоит из введения, трех глав основного текста, 57 рисунков, 12 таблиц, приложения и выводов Список литературы включает 102 наименования
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, изложены цель и задачи исследований, научная новизна, дается общая характеристика работы
В первой главе приводятся математические модели радиационно-кавдуктивпого переноса тепла Даны дифференциальные уравнения переноса энергии и радиационного теплообмена в присутс тии поглощаютцей и излу-чаюшей жидкости Рассмотрены их решения в ссром приближении и для плоского слоя в селективной постановке Приведены способы представления коэффициентов поглощения в сером приближении для оптически тонких и оптически толстых сред и среднеинтегральный по спектру коэффициент поглощения Рассмотрены результаты расчета распределения температур в плоском слое и влияние радиационных потоков тепла на поле температур Приведены результаты расчетов распределения потоков тепла по плоскому слою Анализируются численные расчеты радиационно-кондуктивного- теплообмена в плоском слое при использовании селекетивных оптических констант жидкости Показано, что применение оптичечких констант в сером приближении приводит к значительным ошибкам в расчетах радиационных потоков тепла Показано, что численные расчеты распределения температур и радиационных составляющих коэффициента теплопроводности при радиаци-онно-кондуктивном теплообмене в селективной постановке для органических жидкостей проведены для плоских систем Рассмотрены результаты экспериментальных исследований радиационно-кондуктивного теплообмена в жидкостях применительно к исследованиям коэффициентов молекулярной теплопроводности жидкостей Для коэффициентов радиационной теплопроводности предложена приближенная формула
1,= 16/3 о^ВТ*, , (1)
где о - постоянная излучения абсолютно черного тела; п - средний показатель преломления., В - эмпирические константы для каждой из трех выделенных групп жидкостей.
Показано, что в литературе приведены коэффициенты молекулярной теплопроводности для ограниченного числа органических жидкостей.
Во второй главе дано описание экспериментальной установки и методики измерений. Спектры пропускания записывались на инфракрасном спектрофотометре SPEKORD М80 (спектральный диапазон 4000...200 см"1; точность индикации: волновое число - 0,1 см"1; пропускание - 0,01% в интервале 0,00-99,99%; экстинкции 0,0001% до 0,9999; 0,001 в интервале 1,000-1,999; 0,01 в интервале 2,00-2,99; 0,1 в интервале 3,0-3,9). Штатные кюветы спектрофотометра рассчитаны для применения до 100°С. В такой конструкции трудно обеспечить постоянную температуру слоя жидкости по радиусу кюветы и нельзя проводить измерения при температуре выше 100°С.
В экспериментальном стенде (рис.1) кювета, заполненная исследуемой жидкостью, установлена в рабочем канале, пустая - в канале сравнения.
Высокотемпературная ячейка (рис. 2а) изготовлена из нержавеющей стали. Корпус ячейки - цилиндр длиной 180 мм. В центре установлены окна из синтетического кристалла KRS-5. Его коэффициент поглощения в интервале длин волн до ~30 мкм близок к нулю. Между кристаллами установлено кольцо из фольги. Толщина кольца задает толщину слоя исследуемой жидкости.
Перед заполнением жидкостью система вакуум ировалась. Повышение давления в ячейке обеспечивал тепрмокомпрессор. Создание и поддержание температуры осуществлялось нагревателем (ТЭНом). Температура жидкости в ячейке измерялась медь-константаневыми термопарами.
5
Рис. 1. Схема экспериментальной установки. 1 - высокотемпературная измерительная ячейка; 2 спектрофотометр «8ресогй М80»; 3- термопары; 4 - переключатель термопар; 5- вольтметр цифровой Ф-30; 6- лабораторные автотрансформаторы; 7- стабилизаторы напряжения С-0,9; 8 -термокомпрессор; 9- вакуумный насос; 10- ловушка; 11- тепловой вакз'умметр; 12- заливное устройство; 13- манометр; 14- краны; 15- компьютер для оцифровки и обработки спектров
В предварительных опытах были измерены температуры окон и внутренней поверхности корпуса ячейки (рис. 26). Применение длинного корпуса, прогреваемого по всей длине, позволило снизить перепад температур по радиусу окон и по длине ячейки при температуре 450 К до 0,66 градуса.
тель. б) - Схема измерений температур в ячейке, цифрами отмечено расположение термопар
х ю" 4 х ю"
Рис.3. Коэффициенты поглощения и показатель преломления метилбутилкетона. Т=373.3К
Спектры пропускания жидкости записаны при одинаковых температурах ячеек с шагом 4 см"1 и выведены на компьютер. По ним с тем же шагом найдены спектральные коэффициенты поглощения и по приближенной методике Крамерса-Кронига определены показатели преломления.
Измерены и обработаны спектры пропускания в области жидкого состояния при атмосферном давлении н-октана, бензола, толуола, этштбензола, мета-ксилола (диметилбензола), изопропилбензола, ацетона, метилбутилкетона, метиламилкетона и 1-гексена при повышенных давлениях.
В третьей главе разработана экспериментально-теоретическая математическая модель и предложен метод численного расчета параметров радиаци-онно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических коаксиальных слоях поглощающих и излучающих органических жидкостей.
Предложен численный метод определения плотности радиационного потока при заданном распределении температуры в слое полупрозрачной по-
глощающей и излучающей среды, заполняющей пространство между двумя бесконечными коаксиальными цилиндрами радиусами гх, г2 (гх <г2)
Предполагается, что поле температур и интенсивность излучения обладают осевой симметрией, поверхности цилиндров диффузно излучающие и зеркально отражающие Уравнение для интенсивности излучения вдоль направления / записывается в виде
^ + к I = / (2)
81
Здесь 1у - интенсивность излучения, kv ~ коэффициент поглощения, Л = кТЛТ) = кпг -—-,
А V éV V cl(Qxp(hv/кТ)-\) Ib(T) есть функция Планка, п - показатель преломления, h - постоянная Планка, с0- скорость света в вакууме, к - постоянная Больцмана, у- частота излучения, Т = Т(г ) - температура среды
Плотность радиационного потока находится методом прямого моделирования (близкий подход использовался А А Менем) Непосредственным следствием уравнение (2) является соотношение
%
I(P0,a) = I(Pl,a)e~b"la,sv +
P„ cos^
где I(P,a) - интенсивность излучения в точке Р в направлении a, SQ -расстояние между точками Pl, PQ, ЦУ - угол между направлением / и плоскостью z = 0 Зависимость участвующих здесь величин от частоты не указы-
Рг
г
вается Аналогично . _______^
-As/cos^
^ cosy/
где g = (1 - i? )п2__- яркость внутренней цилиндрической
1 ' Сд (exp(hv /кГ^-1)
поверхности, Д- отражательная способность, Тх - температура поверхности
внутреннего цилиндра, Sj - расстояние между точками Рр р2 Второе слагаемое в правой части равенства соответствует радиации, отраженной от поверхности внутреннего цилиндра в направлении точки Р Точно так же
I(P2 ß) = В2+ R2
ds
-ks/ cos \f/
V c°w
Рис. 4
где индекс 2 соответствует наружному цилиндру. В результате оказывается
/(/S,«) = + + + зАО+Л-га <3>
ks,
--- р р
qi=e C0S(", г = ОД у-го _ } = h(í)e-i./«.r ,
i COSI// i cos и/
p 1 г Ъ
fo = }./(5Kfa/cos^- * =(l-9fWI-д cosy
В случае, когда arcsín — < а < —, т. е. точка р лежит на наружном цилин-'Ь 2
дре (см. рис. 4), имеем:
I(P0,a) = q0%2(B2+R2f1) + f0, (4)
где f -h--' /„Л^ут*"™* ds ' ^2=0 -tf,^)-1- Равенства
' J COSI// 0 Д COS у/
(3), (4) позволяют подсчитать интенсивность излучения, поступающего в точку />о слева. Интенсивность излучения, поступающего справа, подсчитывает-
ся аналогично. Тогда плотность теплового потока есть
£(Р0)= f j(I+(Pg,a,i//)-I_(P0,a,i//)) cos a cos y/dcod v" Здесь ("i.fj) _ интеР"
Vl (0
вал излучаемых частот / 5 / - интенсивность излучения, приходящего слева и справа в точку ро. dco - элемент площади поверхности единичной сферы. Таким образом, определение величины Е(Рп) сводится к вычислению интегралов / = í j(s]e~kds. После замены переменной они принимают вид
? ^(Л—- с гладкой функцией g(t), что дает возможность использовать интерполяционную квадрату с сингулярным весом \/у/1
Затем конструируе гея численный метод, решения задачи о радиациочно-кондуктивном теплообмене в цилиндрическом слое поглощающей и излучающей среды Если считать заданными коэффициент молекулярной теплопроводности Я, суммарный тепловой поток Q и температуру тх внутреннего
цилиндрато Т(г) = Тх-0-гх\л (г1гх)+—^Е(р,Т(р))с1р, гх<г <гг
г\
Это соотношение - нелинейное интегральное уравнение относительно
функции Т(г) Для его решения применялся мегод типа простои итерации
г . \
Т{к¥1\г) = хТ{к){,г) + {\-т)
у д
,к = 0,1, - (5)
где к - номер итерации, т - итерационный параметр
Далее описывается итерационный метод решения обратной задачи об определении коэффициента молекулярной теплопроводности Предполагается, что в результате эксперимента оказываются известными следующие величины Q - полный тепловой поток через ячейку, Тг - температура внутреннего цилиндра, Т2 — температура внешнего цилиндра, а также спектральные зависимости коэффициента поглощения, показателя преломления жидкости, отражательных способностей поверхностей цилиндров Предполагается, также, что перепад температур настолько мал, что искомый коэффициент молекулярной теплопроводности можно считать постоянным по толщине слоя При выполнении этих условий получаем уравнение
я =
1п(г2 - \Е(р,Т(1,р))ёр
\
/(7^ —Т)' Решение которого нахо-
дилось итерационным методом
Г
Л+1 -
ОгхЫГг!гд- \^Р^Р^Р /(71 ~ТгУ ГДе СТР°ИЛ0СЬ ПрИ
помощи метода (5) Как правило, требуется не более четырех итераций для отыскания значения ХК с точностью порядка 0 01%
Проведен численный анализ распределения температур в цилиндрических слоях полупрозрачных органических жидкостей в зависимости от величины слоя, оптических характеристик поверхностей цилиндров и перепада температур в слое ДТ Среда принималась селективной
Радиационный потока тепла искажает логарифмическое распределение температуры в цилиндрическом слое. Избыточная температура Т|, Т, (Тг -температур жидкости при отсутствии радиационного потока тепла) существенно несимметрична (рис.5). При одинаковых отражательных способностях поверхностей Л, и Ы2 (рис.5а), величина Ть-Тг меняют знак около х!х\ равных 1,6-2. Сильный перекос отражательных способностей поверхностей приводит к резкому изменению вида распределения избыточных температур по слою жидкости.
Распределение температуры в цилиндрическом слое при относительно большой толш.ине Гд/г 1=10 имеет существенно другой характер (рис. 56).
а б
Рис 5. Влияние радиационных характеристик поверхностей на распределение избыточной температуры в цилиндрическом слое ;иентбутилкетона.Т=373,ЗК; ДТ=5К. а - Гг/Г1=2,5 , б - г2/г1=10
Характер поведения 1\-'Гг для разных АТ при одном г2/г; сохраняется, но изменяется амплитуда отклонений величин Т(-Тг.
Распределение температур в цилиндрических коаксиальных слоях жидкостей при радиациоино-кондуктивном теплообмене в селективной постановке исследовано впервые.
Проведена численная оценка влияния серых приближений и селективного представления коэффициентов поглощения на распределение радиационного потока тепла в цилиндрических слоях. Спектральный коэффициент отражения И) принят для неполированной платины, отражения для стекла марки КИ. Линии результирующих радиационных потоков теплового излучения qr не симметричны (рис.6а). Распределение яг для тонкого цилиндрического слоя (гт = 10 мм , 6 = 1 мм) (рис.66) приближается к симметричному как для плоского слоя, что подтверждает надежность разработанной методики.
В полосах поглощения жидкость может быть оптически толстой, в промежутках между ними-оптически тонкой. При расчетах радиационно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических слоях (также как и в плоских) полупрозрачных жидкостей использование серых приближений может привести к большим погрешностям.
Яг. Вт
се/шиеюч среда лт«
Р^СТ.ГГС'!
~1
¿¡глшивмая соаал
пот
Пгамк Р^епэгд
0,011
Рис.6. Результирующий радиационный поток гепла в цилиндрическом слое метилбутилкетона.
Т=373,3 К. а) 5/г,=4,32: б) К,=Я2=0,75; 6/г=0Л Экспериментально-теоретический расчет коэффициента молекулярной теплопроводности поглощающих и излучающих жидкостей. Эффективные коэффициенты теплопроводности м-ксилола и 1-гексена взяты из справочника*, остальных жидкостей, измеренных методом нагретой нити (а,=0,097 мм, а2=0,936 мм) - из работы***.
В реальных процессах радиационно-кондуктивного теплообмена нагреватель платиновая проволока 0-0,1 мм. Материал внешней стенки обычно стекло. В расчетах приняты селективные отражательные способности неполированной платины и кварцевого стекла марки КИ.
Рассчитанные коэффициенты теплопроводности даны в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
№ т,к ; б/и М к К' Вт м К К-ю3.. Вт м К А Я %
н-0:ктан
1 296,2 0,1275 0,1267 0,8 0.6463
2 341,2 0,1139 0,112.5 1,4 1,2015
Бензол
3 298,15 0,1442 0,1431 1,1 0,769
4 323,15 0,1355 0,1341 1,4 1,119
5 335,15 0,1318 0,1302 1,6 1,229
6 349,15 0,1268 0,12506 1,74 1,359
Толуол
7 294,35 0,1344 0,1334 1,0 0,750
8 323,05 0,1261 0,1247 1,4 1,123
9 347,75 0,1189 0,1172 1,7 1,451
10 369,45 0,1126 0,1106 2,0 1,808
11 377 0,1104 0,1083 2,1 1,939
Этилбензол
12 330,75 0.1221 0,1207 1,4 0,160
13 322,95 0,1241 0,12284 1,26 1,141
14 375,15 0,1108 0,1088 2,0 1,838
15 391,05 0,1068 0,10463 2,17 2,201
16 395,05 0,1058 0,1033 2,3 2,420
мета-Ксилол
17 303,65 0,1291 0,12812 0,98 0,7597
18 319,55 0,1251 0,1240 1,1 0,9014
19 365,95 0,1135 0,1117 1,8 1,5843
20 397,45 0,1056 0,1032 2,4 2,2349
Изопропилбензол
21 304,65 0,1205 0,1195 1,0 0,876
22 316,65 0,1179 0,11672 1,18 1,115
23 349,05 0,1108 0,1092 1,6 1 465
24 376,55 0,1047 0,1026 2,1 2.144
25 394,65 0,1008 0,0983 2,5 2,752
26 424,65 0,0942 0,0912 3,0 3,289
Ацетон
27 295,65 0,1601 0,1589 1,2 0755
28 318,65 0,1520 0,1506 1,4 0,930
Метилбутилкетон
29 297,05 0,1396 0,1384 1,2 0 867
30 313,35 0,1356 0,1343 1,3 0 968
31 321,65 0,1336 0,1322 1,4 1 059
32 338,05 0,1297 0,1280 1,7 1.328
33 356,45 0,1252 0,1233 1,9 1,541
34 373,15 0,1212 0,1190 2,2 1 849
Метиламилкетон
35 296,65 0,1376 0,1365 1,1 0,806
36 303,55 0,1360 0,1347 1,3 0,965
37 314,95 0,1333 0,1319 1,4 1.061
38 341,55 0,1270 0,1254 1,6 1.276
39 366,75 0,1211 0,1190 2,1 1,765
40 392,85 0,1150 0,1123 2,1 2 404
Таблица 2 (1-гексен)
№ Р, МПа м К Лк, Вт мК ЛгЮ3, Вт мК АЛ %
Т = 345,95 К
1 2 3 7,554 3,925 1,473 0,1121 ОД 105 0,1094 0,1103 0,1087 0,1077 1,8 1,8 1,7 1,632 1,656 1,578
1 = 375,45 К
4 5 8,534 3,925 ОД 083 ОД060 < 0,1062 0,1039 2,1 2,1 1,977 2,021
т = 387,65 К
6 7 8,063 3,943 0,1033 0,1009 0,1007 ' ' 0,0983 2,6 2,6 2,582 2,645
т = 420,65 К
8 9 10 11 9,436 3,865 1,472 1,217 0.0974 0,0934 0,0915 0,0913 0,0941 0,0901 0,0882 0,0880 3,3 3,3 3.3 3 3 3,5Э7 3,663 3,741 3,750
Т = 440,49 К
12 13 8,848 3,905 0,0922 0,0878 0,0881 0,0840 4,1 3,8 4,654 4,524
В табл 1 и 2 величина дд _ ^ ю()о/0
Экспериментальные коэффициенты молекулярной теплопроводности н-октана, 1-гексена и исследованных ароматических углеводородов приведены в справочнике* и работе** Погрешность измерений коэффициентов молекулярной теплопроводности по** составляет 2-3% Результаты наших расчетов А,к совпадают с экспериментальными данными в пределах погрешности измерений (рис 7-9)
Рассчитанные Хк н-октана на ~ 0,8% ниже данных** и на ~1% выше данных*, а этилбензола выше на 0,9% данных** (рис 7) Расчет для бензола дает величины Хк выше данных работы* и работы** на ~1,5%. Коэффициенты молекулярной теплопроводности толуола (рис 8) выше экспериментальных по работе** и справочнику* на 1%-1,5%
Эффективные коэффициенты теплопроводности толуола измерены (Геллер В 3 , Парамонов И.А , Татевосов Г Д ,1973г ) для нескольких толщин и затем экстраполированы на нулевую толщину слоя для получения приближенного коэффициентов молекулярной теплопроводности Они оказались несколько выше измеренных в работе** и ниже рассчитанных нами (рис 8).
Рассчитанные Хк изопропилбензола ниже экспериментальных** на -1,5% (рис 9), для м-ксилола расчет превышает эксперимент на 0,9%-2 5% Экспериментальные коэффициенты молекулярной теплопроводности 1-гексена по данным** ниже рассчитанных
Коэффициенты радиационной теплопроводности жидкостей найдены как разность К = ХЭфф - Хк Они образуют группы по гомологическим рядам
(рис 10-12)
Алкан н-октан имеет минимальную величину ^
Кетоны (ацетон, метилбутилкетон, метиламилкетон) представляют вторую группу Рассчитанные К кетонов образуют практически одну растушую
с температурой зависимость со слабым расслоением в направлении ацетон — метиламилкетон (рис 10а).
Коэффициенты радиационной теплопроводности Ьгексена, рассчитанные при давлениях до ~10 МПа, практически не зависят от давления (табл 2) Эти льТаты согласуются с исследованиями Кравчуна С Н (МГУ, 1983 г.).
К > In. 0.13
ж К
о Бензол по о Бензол по "" О Бензол по * ♦ Этмлбензол по ' » Октан по ** д Октан по *
----------,--5— т к
300 320 340 360 380 >
Рис.7. Коэффициенты молекулярной теплопроводности. Автор: 1 - бензол; 2- этилбензол; 3- н-октан; экспериментальные результаты - точки
0,14 0,135 0,13 -
; Вт 0,125 -
Ак > -
м К 0,12 -
0,115 -I
0,11 -
0,105 -
0,1
I-
АЕггар т по работе ** — Геллер и др. д по работе *
Рис.8. Коэффициенты молекулярной теплопроводности толуола
280
300
320
340
360
т, К
л.,
Вт м К
0,13 0,12 0,11 -0,1 -0,09
А изопропилбензол в мет а-кс и лол
Рис.9. Коэффициента молекулярной теплопроводности. Автор: 1 - мета-ксилол; 2- изопропилбензол; экспериментальные результаты - точки по работе**
280
330
380
I, К
В работе** для 1-гексена и других жидкостей К также примерно постоянен при каждой температуре и разных давлениях.
Ароматические углеводороды - бензол и его гомологи толуол и этилбен-
•Варгафтик Н Б., Филиппов Л.П, Тарзиманов A.A., Тоцкий Е.Е. Справочник по теплопроводности жидкосгтеи и газов. М : Энер-гоатомиздат. 1990. 352 с.
*Табитов Ф.Р. Теплофизические свойства органических жидкостей в широком диапазоне температур, не искаженные радиаци-
онным теплопереносом. Дис. докт техн. наук Казань КХТИ 2000. 325 с.
***Брыков В.П. Экспериментальное исследование теплопроводности органических жидкостей при низких температурах: Лис., канл.техн.наук. Казань. КХТИ 1970. 233с.
зол представляют следующую группу жидкостей. Их коэффициенты радиационной теплопроводности также образуют набор слаборассланзающихся линий в направлении бензол-этилбензол (рис. 11).
Коэффициенты радиационной теплопроводности ароматических углеводородов мета-ксилола и изопропилбензола показаны на рис. 106.
Зависимости от температуры коэффициентов радиационной теплопроводности на рис.10 - 11 близки к линейным. Угловой коэффициент (Ц./с1Т кетонов и 1-гексена равен ~3, мета-ксилола и изопропилбензола равен ~3,4, бензолов —1. Изменение Д. исследованных жидкостей с температурой не всегда соответствует формуле (1). Она применима для ограниченного числа жидкостей там., где ее справедливость установлена на основе данных по коэффициентам радиационной теплопроводности.
1пХ
1.5 1,2 0,9 0,6 0,3 0 --0,3
ж.
— Ацетон ■ Метилбутилкетон д Метиламилкетон в— Октан х 1-Гексен
0,7
1п1
17
31пТ
* .'А*
л" ♦ Изопропилбензол ▲ Мета-ксилол
ж 7 5,8 5,9 е [пТ
Рис.] 0 Коэффициенты радиационной теплопроводности: а) ацетона (1), 1-гексена (2), метилбу-гилкетона и метиламилкетона (3), н-октана (4); б) мета-ксилола и изопропилбензола
2,5
Лг-103, 2 -
Вт
м К 1,5
Ф Бензол И Толуол А Этилбензол
■ЖМ'
280
300
320 340 т, К
360
380
400
Рис. 11. Коэффициенты радиационной теплопроводности бензола, толуола и этилбензола Коэффициенты радиационной теплопроводности исследованных членов гомологического ряда можно использовать для прогнозирования Д. соседей по гомологическому ряду.
Выводы по работе
1 Дан обзор приближенных и точных методов расчета радиационно-кондуктивного переноса тепла Рассмотрены способы задания оптических свойств полупрозрачных сред и граничных поверхностей Показано, что точное решение задач радиационно-конду пивного теплообмена достигается при использовании спектральных оптических характеристик жидкостей Такие решения выполнены в основном для плоских систем
2 Разработан стенд и измерены спектры поглощения жидких органических соединений н-октана, 1-гексена, бензола, толуола, этилбензола, мета-ксилола, пропилбензола, ацетона, метилбутилкетона и метиламилкетона в интервалах температур от комнатной до нормальной температуры кипения Рассчитаны их спектральные коэффициенты поглощения и по приближенной методике Крамерса-Кронига определены показатели преломления.
3 Разработан новый экспериментально-теоретический математический метод расчета радиационно-кондуктивно1 о переноса тепла в цилиндрических слоях полупрозрачных органических жидкостей Проведен численный анализ влияния основных параметров, характеризующих процесс радиационно-кондуктивного теплообмена^ на распределение избыточных температур и радиационных потоков в цилиндрических коаксиальных слоях поглощающих и излучающих органических жидкостей в селективном
4 Разработанный экспериментально-теоретический метод, основанный на предложенном в диссертации способе определения распределения температур в цилиндрическом слое полупрозрачной жидкости, использован для расчета молекулярных коэффициентов теплопроводности полупрозрачных органических жидкостей по литературным эффективным коэффициентам теплопроводности, полученным методом нагретой нити, и оптическим характеристикам полупрозрачных органических жидкостей Сравнение с имеющимися данными показало их хорошее совпадение
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ
В РАБОТАХ:
Научные статьи, опубликованные в изданиях, определенных ВАК
1 В К Панфилович Об одном методе определения коэффициента кондуктив-ной теплопроводности поглощающей и излучающей жидкости / В А. Аляев, М М Карчевский, В.К Панфилович // Авиационная техника Известия высших учебных заведений 2005г №1 с 42-45
2 В К Панфилович Исследование параметра радиационно-кондуктив-ного переноса тепла в тонких слоях н-гексава / В К Панфилович, С Н Михайлова, В А Аляев//Вестник Каз технол университета Казань, 2001, №1, с 12-14
3 В К Панфилович Оптические постоянные н-октана, н-нонана и н-декана / В А Аляев, В К Панфилович // Вестник Каз. технол университета Казань, 2005, №2, и И с 84-85
Работы опубликованные в других изданиях
4 В К Панфилович Исследование радиационно-кондуктивного переноса теплоты / В К. Панфилович, С Н Михайлова, В А Аляев // Тезисы конференции «Тепло- и массообмен в химической технологии» посвященная 80-летию со дня рождения А Г Усманова Казань, 2000
5 В К Панфилович Метод вычисления коэффициента кондуктивной теплопроводности полупрозрачных жидкостей/В А Аляев, ММ Карчевский, В К Панфилович // XVIII Международная научная конференция Математические методы в технике и технологиях Сборник трудов 2005г Том 4.
6 В К Панфилович Расчет коэффициентов молекулярной теплопроводности полупрозрачных жидкостей / В К Панфилович, В А Аляев // Материалы Х1-й Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ С-Петербург 2005г с 63
7 В К Панфилович Коэффициенты поглощения и показатели преломления некоторых полупрозрачных органичес* их жидкостей / В К Панфилович, В А Аляев // Материалы XI-й Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ С-Петербург 2005г с 64
8 В К Панфилович Численное моделирование радиационно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических слоях полупрозрачной среды /ММ Карчевский, В К Панфилович // Материалы VII Всероссийского семинара «Сеточные методы для краевых задач и приложения» Казань 2007 г. с 126-131
Соискатель
В К Панфилович
Заказ № ¿82-
Тираж ЮОэкз
Офсетная лаборатория Казанского государственного технологического университета
Основные условные обозначения
Введение
Глава 1. Математические модели и методы решения уравнений радиационно-кондуктивного переноса тепла в поглощающих и излучающих средах.
1.1. Дифференциальные уравнения радиационно-кондуктивного переноса тепла.
1.2. Способы представления оптических характеристик жидкостей и границ, используемых при решении уравнений радиационно-кондуктивного переноса тепла.
1.2.1. Коэффициенты поглощения.
1.2.2. Показатели преломления.
1.2.3. Радиационные характеристики поверхностей.
1.3. Радиационный коэффициент теплопроводности и методы его определения.
1.3.1. Радиационный коэффициент теплопроводности.
1.3.2. Результаты приближений. Простые приближения для Хг.—
1.4. Численные расчеты радиационно-кондуктивного переноса тепла при использовании селективных оптических констант в плоском слое.
1.5. Экспериментальные исследования радиационно-кондуктивного переноса тепла.
Выводы
Глава 2. Экспериментальная установка для исследования спектров пропускания жидкостей при повышенных температурах и давлениях.
Оптические константы жидкостей.
2.1. Характеристика исследуемых жидкостей
2.2. Описание экспериментальной установки. Методика измерений
2.3. Оптические характеристики исследованных полупрозрачных органических жидкостей
2.4. Оценка погрешности измерений.
Выводы
Глава 3. Анализ радиационно-кондуктивного переноса тепла в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных органических жидкостей с учетом селективности среды.
3.1. Методика расчета радиационно-кондуктивного переноса тепла в цилиндрическом коаксиальном слое поглощающей и излучающей жидкости.
3.1.1. Расчет плотности результирующего радиационного потока тепла при заданном распределении температуры в цилиндрическом слое.
3.1.2. Численный метод решения задач о радиационно-кондуктивном теплообмене в цилиндрическом слое поглощающей и излучающей среды.
3.1.3. Итерационный метод определения коэффициента молекулярной теплопроводности.
3.2. Численные исследования распределения температуры в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных органических жидкостей при радиационно-кондуктивном теплообмене.
3.2.1. Численные оценки влияния величины зазора на характер распределения температуры в цилиндрическом коаксиальном слое излучающей и поглощающей жидкости при радиационно-кондуктивном теплообмене.
3.2.2. Численная оценка влияния радиационных характеристик поверхностей коаксиальных цилиндров и перепада температур на характер распределения температур в цилиндрическом слое излучающей и поглощающей жидкости при радиационно-кондуктивном теплообмене.
3.3. Численные оценки влияния селективности среды на распределение радиационного потока тепла в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных органических жидкостей при радиационно-кондуктивном теплообмене.
3.4. Экспериментально-теоретический расчет коэффициента молекулярной теплопроводности поглощающих и излучающих органических жидкостей.
3.4.1. Граничные условия, использованные при расчетах радиационно-кондуктивного теплообмена в полупрозрачных органических жидкостях.
3.4.2. Эффективные коэффициенты теплопроводности полупрозрачных органических жидкостей.
3.4.3. Численный экспериментально-теоретический расчет коэффициентов молекулярной теплопроводности поглощающих и излучающих органических жидкостей.
3.4.4. Коэффициенты радиационной теплопроводности жидкостей
Выводы
Органические жидкости находят широкое применение в промышленности. Это сырьё и продукты химическое и нефтехимической промышленности, топливо и смазочные материалы в авиации и автомобильном транспорте и др.
Многие органические жидкости имеют полосатый спектр поглощения, в той или иной степени полупрозрачны в инфракрасной области. Теплообмен между такими жидкостями и ограждающими поверхностями при отсутствии конвекции осуществляется двумя разными по своей физической природе процессами - молекулярной (кондуктивной) теплопроводностью и излучением. Соотношение между молекулярными потоками тепла и потоками тепла, передаваемыми излучением, зависит от оптических постоянных (коэффициент поглощения и показатель преломления) жидкости и радиационных характеристик (степень черноты, отражательная способность) и индикатрисы рассеяния ограничивающих поверхностей.
Вклад радиационного потока в полный радиационно-кондуктивный поток также существенно зависит от температуры жидкости и геометрического фактора - толщины слоя. Доля радиационного потока может достигать нескольких десятков процентов.
Поле температур в слое жидкости формируется под влиянием кондуктивных и радиационных потоков тепла. Количественные оценки сложного радиационно-кондуктивного теплообмена во многом сдерживаются отсутствием данных по молекулярным коэффициентам теплопроводности и оптическим характеристикам органических жидкостей.
Одной из проблем, связанных с радиационно-кондуктивным теплообменом, является нахождение кондуктивной (молекулярной) составляющей коэффициента теплопроводности. Особенно это важно при высоких температурах, когда доля радиационного переноса тепла значительна.
Большинство данных по коэффициентам теплопроводности, приводимых в справочной литературе, являются эффективными, содержащими как кондуктивную, так и радиационную составляющие. Многие справочные данные по коэффициентам теплопроводности получены методом нагретой нити для цилиндрического коаксиального слоя жидкости.
Спектры органических жидкостей записаны, как правило, при комнатной температуре. Предназначены они для спектрального анализа и приводятся в справочной литературе в виде рисунков малого формата. Пользоваться ими для численных расчетов затруднительно.
В современной химической, нефтехимической и других отраслях промышленности встречаются задачи радиационно-кондуктивного теплообмена при температурах до 500К и выше. Результаты экспериментальных и численных исследований, имеющиеся в литературе, получены в существенно отличающихся друг от друга условиях, что не позволяет использовать их для разработки численно-экспериментального метода определения необходимого числа параметров радиационно-кондуктивного переноса тепла в жидкостях. В работах теплофизической научной школы Казанского государственного технологического университета проведено комплексное исследование радиационно-кондуктивного переноса тепла в плоских слоях жидкостей, позволяющее прогнозировать данные о характеристиках радиационно-кондуктивного переноса тепла при варьировании в широком диапазоне параметров процесса для любых органических жидкостей и их смесей.
Аналогичные исследования радиационно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических коаксиальных слоях жидкостей отсутствуют.
Диссертационная работа направлена на решение актуальной задачи экспериментально-теоретического исследования радиационно-кондуктивного переноса тепла, полей температур в цилиндрических коаксиальных слоях жидкостей.
Цель диссертационной работы - разработка в селективной постановке экспериментально-теоретической математической модели и численного метода расчета радиационно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных органических жидкостей. Исследование распределения температур и радиационных потоков тепла в слоях полупрозрачных органических жидкостей. Расчет коэффициентов молекулярной и радиационной теплопроводности исследованных жидкостей. Поставленная цель достигается решением следующих задач:
- разработка стенда и измерение спектров пропускания исследуемых жидкостей, расчет коэффициентов поглощения и показателей преломления.
- разработка экспериментально-теоретической математической модели теплообмена в цилиндрических слоях органических жидкостей, позволяющей анализировать закономерности радиационно-кондуктивного теплообмена, а также численное моделирование распределения температур, радиационных потоков, коэффициентов молекулярной и радиационной теплопроводности жидкостей, разработка алгоритма для их расчета.
Научная новизна:
- измерены спектры пропускания н-октана, бензола, толуола, этилбензола, мета-ксилола, изопропилбензола, ацетона, метилбутилкетона и метиламилкетона, рассчитаны коэффициенты поглощения в широком интервале температур от комнатной до температуры кипения; 1-гексена при давлениях до ~10 МПа в интервале температур от 345К до 440К.
- впервые определены показатели преломления этих жидкостей.
- разработана экспериментально-теоретическая модель теплообмена в цилиндрических слоях полупрозрачных жидкостей в селективной постановке.
-установлен характер распределения температур и радиационных потоков тепла в цилиндрических коаксиальных слоях полупрозрачных жидкостей.
- проведен расчет коэффициентов радиационной и молекулярной теплопроводности исследованных жидкостей.
Практическая значимость. Результаты работы, представленные в виде экспериментально-теоретической модели, позволяющей рассчитывать распределение температур, радиационную и молекулярную составляющие полного потока тепла в цилиндрических слоях органических жидкостей в широких интервалах изменения температур, служат для:
- расчета и проектирования теплообменного оборудования нефтехимических производств, в которых используются исследуемые в работе жидкости.
- расчета радиационного и радиационно-кондуктивного теплообмена в различных теплотехнических устройствах.
- снижения энергозатрат при использовании теплообменного оборудования, где нагреваемыми или охлаждаемыми средами являются полупрозрачные органические жидкости.
Работа проведена на кафедре вакуумной технике электрофизических установок Казанского государственного технологического университета.
Диссертация содержит три главы текста, приложение и список использованной литературы.
В первой главе приводятся математические модели и методы решения уравнений радиационно-кондуктивного переноса тепла в поглощающих и излучающих средах. Даны дифференциальные уравнения радиационно-кондуктивного переноса тепла. Рассмотрены способы представления оптических характеристик жидкости - коэффициентов поглощения и показателей преломления и радиационных характеристик поверхностей, а также приближенные и строгие расчеты радиационного и молекулярного коэффициентов теплопроводности полупрозрачных жидкостей при использовании оптических констант. Рассмотрены экспериментальные исследования радиационно-кондуктивного переноса тепла.
Во второй главе дано описание экспериментальной установки для исследования спектров пропускания при высоких температурах и давлениях и методики измерений. Приведены спектры пропускания исследованных жидкостей и рассчитанные спектральные коэффициенты поглощения.
Показатели преломления определены по приближенной методике Крамерса-Кронига.
В третьей главе проведен анализ и разработана методика расчета радиационно-кондуктивного переноса тепла в цилиндрических коаксиальных слоях поглощающих и излучающих жидкостей с учетом селективности среды. Дан метод расчета плотности результирующего радиационного потока тепла при заданном распределении температуры в цилиндрическом слое. Приведен численный метод решения задач о радиационно-кондуктивном переносе тепла в цилиндрическом слое поглощающей и излучающей жидкости. Дан итерационный метод нахождения коэффициента молекулярной теплопроводности. Выполнены численные исследования распределения температур в цилиндрических слоях полупрозрачных органических жидкостей в зависимости от величин зазора в слое, радиационных характеристик поверхностей коаксиальных цилиндров и разности температур в слое. Проведены численные исследования влияния селективности среды на распределение радиационного потока тепла в цилиндрических слоях поглощающих и излучающих органических жидкостей.
Реальную полупрозрачную жидкость нельзя рассматривать ни как оптически тонкую, ни как оптически толстую. При расчетах радиационно-кондуктивного теплообмена в цилиндрических слоях (также как и в плоских) полупрозрачных органических жидкостях использование серых приближений может привести к большим погрешностям
Выполнен численный экспериментально-теоретический расчет коэффициентов молекулярной теплопроводности рассмотренных поглощающих и излучающих органических жидкостей. Дан анализ граничных условий, используемых при расчетах радиационно-кондуктивного теплообмена в слоях полупрозрачных жидкостей. Приведены эффективные коэффициенты теплопроводности, полученные методом нагретой нити, которые необходимы для определения радиационной и молекулярной составляющих коэффициента теплопроводности. Найденные коэффициенты молекулярной теплопроводности в пределах погрешности измерений согласуются с имеющими в литературе.
На защиту выносятся следующие положения:
- Комплекс спектров пропускания н-октана, бензола, толуола, этилбензола, метаксилола, пропилбензола, ацетона, метилбутилкетона, метилэтилкетона при атмосферном давлении в интервале волновых чисел 200-4000см"' и температур от комнатной до температуры кипения и 1-гексена при давлении до 10 МПа в интервале температур 345К-440К;
- Комплекс спектров коэффициентов поглощения и показателей преломления исследованных жидкостей;
- Экспериментально-теоретический метод расчета радиационно-кондуктивного переноса тепла в поглощающих и излучающих органических жидкостях;
- Результаты численных экспериментально-теоретических исследований распределения температур и результирующих радиационных потоков в цилиндрических слоях органических жидкостей;
- Коэффициенты молекулярной теплопроводности исследованных жидкостей.
Выводы по работе
1. Дан обзор приближенных и точных методов расчета радиационно-кондуктивного переноса тепла. Рассмотрены способы задания оптических свойств полупрозрачных сред и граничных поверхностей. Показано, что точное решение задач радиационно-кондуктивного теплообмена достигается при использовании спектральных оптических характеристик жидкостей. Такие решения выполнены в основном для плоских систем.
2. Разработан стенд и измерены спектры поглощения жидких органических соединений: н-октана, 1-гексена, бензола, толуола, этилбензола, мета-ксилола, пропилбензола, ацетона, метилбутилкетона и метиламилкетона в интервалах температур от комнатной до нормальной температуры кипения. Рассчитаны их спектральные коэффициенты поглощения и по приближенной методике Кра-мерса-Кронига определены показатели преломления.
3. Разработан новый экспериментально-теоретический математический метод расчета радиационно-кондуктивного переноса тепла в цилиндрических слоях полупрозрачных органических жидкостей. Проведен численный анализ влияния основных параметров, характеризующих процесс радиационно-кондуктивного теплообмена, на распределение избыточных температур и радиационных потоков в цилиндрических коаксиальных слоях поглощающих и излучающих органических жидкостей в селективном приближении.
4. Разработанный экспериментально-теоретический метод, основанный на предложенном в диссертации способе определения распределения температур в цилиндрическом слое полупрозрачной жидкости, использован для расчета молекулярных коэффициентов теплопроводности полупрозрачных органических жидкостей по литературным эффективным коэффициентам теплопроводности, полученным методом нагретой нити, и оптическим характеристикам полупрозрачных органических жидкостей. Сравнение с имеющимися данными показало их хорошее совпадение.
1. Оцисик М.Н. Сложный теплообмен. М.: Мир, 1976. - 615 с.
2. Siegel R., Howell John R. Thermal Radiation Heat Transfer. McGraw Hill Book Co. New York, 1972.
3. Спэрроу Э.М., Сесс Р.Д. Теплообмен излучением. JI.: Энергия, 1971.294 с.
4. Петров В.А., Марченко Н.В. Перенос энергии в частично прозрачных твердых материалах. М.: Наука, 1985. - 190 с.
5. Сергеев O.A., Мень A.A. Теплофизические свойства полупрозрачных материалов. М.: Изд-во стандартов, 1977. - 288 с.
6. Андрианов В.Н. Основы радиационного и сложного теплообмена.- М.: Энергия, 1972.- 463 с.
7. Большаков Г.Ф. Инфракрасные спектры насыщенных углеводородов. Часть 1. Алканы. Новосибирск: Наука, 1986. - 292 с.
8. Большаков Г.Ф. Инфракрасные спектры насыщенных углеводородов. Часть 2. Цикланы. Новосибирск: Наука, 1986. - 249 с.
9. Беллами Л. Инфракрасные спектры молекул. И.: ИЛ, 1957. - 295 с.
10. Бахшиев Н.Г. Спектроскопия межмолекулярных взаимодействий. Л., 1972.- 137 с.
11. Poltz Н. Die warmaleitfahigkeit von flussigkeiten II. Der strahlungsanteil der effektiven Wärmeleitfähigkeit Int. J. Heat Mass Transfer. 1965. - V. 8. - N 4. -P. 515-521.
12. Сэмпсон Д. Уравнения переноса энергии и количества движения в газах с учетом излучения. М.: Мир, 1969. - 204 с.
13. Grosbie A.L., Viskanta R. Non-gray radiative transfer in a planar medium exposed tcollimatedflux. -. J. Q. SRT, 1970. V. 10. - P. 487 - 510.
14. Андерсен E., Висканта P., Стивенсен В. Перенос тепла в полупрозрачных телах // Теплопередача. 1972. - №2. - Сер. С. - С. 33 - 42.
15. Doornic D.G., Hering R.S. Simultaneous radiation and conductive heat transfer in non-gray media. J. Quant. Radiat. Transfer, 1973. - V. 13. - P. 323-332.
16. Grosbie A.L., Viskanta R. Effects of band or line shape on the radiative transfer in a non-gray planar medium J. Q. SRT, 1970, v. 11. - P. 465 - 485.
17. Мень А.А., Сергеев О.А. Лучисто-кондуктивный теплообмен в среде с селективными оптическими свойствами// Теплофизика высоких температур. -1971.-Т. 2,-№2.-С. 353 -359.
18. Рубцов Н.А., Кузнецова Ф.А. Радиационно-кондуктивный теплообмен в слое селективно-поглощающей среды // Изв. АН СССР. Сер. «Энергетика и транспорт». 1972. - №3. - С. 48 - 52.
19. Anderson Е.Е, Viskanta R. Spectral and boundary effects on coupled conduction-radiation heat transfer through semitransparent solids. Warme-Und Stoofubertragung, 1973. - V. 6. 14 p.
20. Рубцов H.A., Степаненко П.И., Кузнецова Ф.А. Исследование радиационно-кондуктивного переноса тепловой энергии в органических жидкостях // Изв. Сиб. отд. АН СССР. Сер. техн. наук.- 1974. Вып. 1. - №3. -С. 53 - 57.
21. Мень А.А. Теоретические аспекты определения теплопроводности полупрозрачных веществ. II // ТВТ. 1973. - Т. 11. - №4. - С. 762 - 767.
22. Эрио Н., Гликсман JI. Экспериментальное и теоретическое исследование совместного переноса тепла излучением и теплопроводностью в расплавленном стекле //Теплопередача. 1972. - Сер. С. - №2. - С. 109 - 116.
23. Аляев В. А. Численно-экспериментальный метод определения температурной зависимости коэффициента теплопроводности органической жидкости // Вестник Каз. хим.-технол. университета. Казань, 2003, №1, с. 212 -218.
24. Аляев В.А. Определение характеристик процесса радиационно-кондуктивного переноса тепла в плоских слоях смесей предельных углеводородов расчетным и экспериментальным методами. Препринт. Каз. хим.-технол. университет. Казань, 2003. 19 с.
25. Аляев В.А. Расчетно-экспериментальные исследования радиационно-кондуктивного переноса тепла органических веществ при изменениитолщины и температуры слоя // Вестник Каз. хим.-технол. университета. Казань, 2003, №1, с. 226 235.
26. Справочник химика. / Под ред С.А. Зениса и Г.А. Семенова. M.-JL: Госхимиздат. - 1963. - 1071 с.
27. Альперович JT.H. Метод дисперсионных соотношений и его применение для определения оптических характеристик. Душанбе: Ирфон, 1973. - 46 с.
28. Оптические материалы для инфракрасной техники / Е.М. Воронкова, Б.Н. Гречушников, Г.И. Дистлер, И.П. Петров.- М.: Наука. 1965. 336 с.
29. Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. М.: Инлит. Кн.1. - 1962. - 520 с.
30. Шиманская Е.Т. Рефракция сосуществующих жидкого и газообразного бензола в широком интервале температур, включая окрестность критической точки // Оптика и спектроскопия. 1970. - T. XXIX. - Вып. I. - С. 27 - 33.
31. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т. 4: Полимерные- Трибсин/Редкол.: Зефиров Н.С. (гл. ред.) и др. М.: Большая Российская энцикл., 1995.- 639 с.
32. Бацанов С.С. Структурная рефрактометрия. М.: Высш. шк, 1976.-304 с.
33. Алехин А.Д., Безручко И.В., Шиманская Е.Т. Градиент показателя преломления вещества в неоднородной среде вблизи критической изохоры // Физика жидкого состояния 1980. - № 8. - С. 76 - 82.
34. Аляев В.А. Панфилович К.Б. Радиационно-кондуктивный теплообмен в полупрозрачных органических жидкостях. Казань: Изд-во Казанского университета, 2003 190 с.
35. Филиппов Л.П. Исследование теплопроводности жидкостей. М.: Изд-во МГУ, 1970.-230 с.
36. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия. М.: Мир, 1982. - 327 с.
37. Блох А.Г., Журавлев Е.А., Рыжков JI.H. Теплоперенос излучением. Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 432 с.
38. Излучательные свойства твердых материалов: Справочник / Под ред. А.Е. Шейндлина. М.: Энергия, 1974. - 422 с.
39. Теплопроводность газов и жидкостей. / Н.Б. Варгафтик, Л.П. Филиппов, A.A. Тарзиманов, Р.П. Юрчак. М.: Изд-во стандартов, 1970. 155 с.
40. Lick W. Transient energy transfer by conduction and radiation // Intern. J. Heat Mass Transfer, 1965. V. 8. - P. 119 - 128.
41. Viskanta R., Grosh R.J. Effect of surface emissivity on heat transfer by simultaneous conduction and radiation // Intern. J. Heat Mass Transfer, 1962. V. 5.-P. 729-734.
42. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Н.Б. Варгафтик. М., 1972. 720 с.
43. Dunkle R.V. Thermal radiation tables and applications, Trans. ASME, 76, 1954.-P. 549-552.
44. Цедерберг H.B. Теплопроводность газов и жидкостей.- M.-JL: Госэнергоиздат, 1963. 408 с.
45. Мустафаев Р.А. Теплофизические свойства углеводородов при высоких параметрах состояния. М.: Энергия, 1980. - 294 с.
46. Геллер В.Э., Парамонов И.А., Слюсарев В.В. Экспериментальное исследование вклада радиационной составляющей в эффективный коэффициент теплопроводности толуола // ИФЖ. 1974. - Т. 26. - № 6. - С. 1052- 1057.
47. Гоник М.А. Коэффициент теплопроводности полупрозрачных расплавов хлорида натрия и калия, фторидов лития, магния, бария и кальция, фторфлогопита и эрбий иттрий - алюминиевого граната при высоких температурах: Автореф. канд. дис. - М.: 1985. - 20 с.
48. М ень А.А. Теоретические аспекты определения теплопроводнос-ти полупрозрачных веществ. II. ТВТ, 1973, т. 11, №4, с. 762 - 767.
49. Мень А.А., Сергеев О.А. Лучисто-кондуктивный теплообмен в среде с селективными оптическими свойствами. Теплофизика высоких температур, 1971, т. 2, №2, с. 353-359.
50. Poltz Н., Jugel R. The thermal Conductivity of some Organic Liquids between and 190° С // Int. J. Heat Mass Transfer. 1982. - V. 25. - № 8. - P. 1093 - 1101.
51. Fischer S., Obermeier E. Influence of radiative heat transfer on the effective thermal conductivity of liquids: experimental and theoretical investigation // High Temp. High Pressures. - 1985. - T. 17. - № 6. - P. 699 - 706.
52. Schödel G., Grigull U. /Kombinirte warmeleitung und warmestralung in flussigkeiten.-Inter. Konf. Warmeubertragung, Vesailles, 1970. V. 4. P. 1 11.
53. SchSdel G. Kombinierte Wärmeleitung und Wärmestrahlung in Konvektionfreien Fltössigkeitsschichten: Dissertation. 1969. - 198 p.
54. Изучение радиационного переноса в полупрозрачных жидкостях различной химической природы / Т.В. Гуренкова, JI.JI. Сулейманова, Т.Н Горшенина, А.Г. Усманов // Тепло-и массообмен в химической технологии. Казань, 1981. - С. 68-72.
55. Аляев В.А., Ветошкин В.Н., Усманов А.Г., Яновский Л.С. Радиационно-кондуктивный перенос энергии в жидких углеводородных теплоносителях // ТВТ. 1990, т.28, №6, с. 1189-1194.
56. Аляев В.А., Гумеров Ф.М. Радиационно-кондуктивный теплообмен в плоских слоях н-алканов в широкой окрестности их критических точек // Материалы докладов Всероссийской ИТК «Современные проблемы технической химии». Казань: КГТУ, 2003. - с. 87-89.
57. Аляев В.А. Экспериментальные исследования радиационно-кондуктивного переноса тепла в полупрозрачных средах. Часть I. // Вестник Казанского технологического университета. Казань, 2002, №1-2, с. 45-51.
58. Аляев В.А. Экспериментальные исследования радиационно-кондуктивного переноса тепла в полупрозрачных средах. Часть II. // Вестник Казанского технологического университета. Казань, 2002, №1-2, с. 52-57.
59. Аляев В.А. Характеристики смесей предельных углеводородов в процессе радиационно-кондуктивного переноса тепла, определенные расчетным и экспериментальным методами // Вестник Каз. технол. ун-та / КГТУ. Казань, 2002.-№ 1 -2.-С. 213-219.
60. Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режиме. JL: Энергия, 1973.- 143 с.
61. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность теплых тел. М.: Наука, 1964. 488 с.
62. Спирин Г.Г. Методические особенности кратковременных измерений в стадии иррегулярного теплового режима.// ИФЖ. 1980. Т. 38. №3. С. 44 48.
63. Fleter R.D. Measurement and Analysis of the Thermal Conductivity of 39 Gaseous Systems. Ph. D. Thesis, Brown University. 1981. 217 p.
64. Тарзиманов A.A., Габитов Ф.Р., Шарафутдинов P.A. Применение метода импульсного нагрева тонкой проволоки для измерения теплопроводности жидкостей и газов. // Тепло-и массобмен в химической технологии: Межвузов. Сб. Казань: КХТИ. 1985. С. 14-17.
65. Тарзиманов А.А., Шарафутдинов Р.А., Габитов Ф.Р. Реализация метода импульсного нагрева для измерения молекулярной теплопроводности жидкостей и сжатых газов. // Метрология. 1989. №1. С. 29 34.
66. Габитов Ф.Р. Применение метода импульсного нагрева для измерения теплофизических свойств жидкостей в потоке. // Вестник Казанского технологического университета. 1989. № 1. С. 47 52.
67. Габитов Ф.Р. Математическая модель теплообмена между импульсно нагреваемой пластиной и потоком вязкой несжигаемой жидкости. Деп. ВИНИТИ, М. 1998. В98. 33 с.
68. Дроздов С.А., Салохин В.Ф., Спирин Г.Г. О влиянии собственной теплоемкости термоприемника в процессе импульсных измерений. // ТВТ. 1972.№6.-С. 36-39.
69. Спирин Г.Г. Кратковременные измерения в стадии иррегулярного теплового режима и диагностика теплофизических свойств диэлектрических веществ и материалов на их основе: Автореф. дисс. докт. техн. наук. М. ИВТАН, 1986.31 с.
70. Тарзиманов А.А., Габитов Ф.Р., Поникарова И.Н. Теплопроводность высокотемпературных теплоносителей, не искаженная радиационным переносом энергии. // ТВТ. 1997. Т. 35. № 5. С. 839 844.
71. Тарзиманов А.А., Шарафутдинов Р.А., Габитов Ф.Р., Юзмухаметов Ф.Д. Теплопроводность жидких н-алканов и 1-алкенов, не искаженная радиационным переносом энергии. 1. Результаты экспериментального исследования. // ИФЖ. 1990. Т. 59. № 4. С. 662 667.
72. Тарзиманов А.А., Габитов Ф.Р., Юзмухаметов Ф.Д. Применение метода кратковременно нагреваемой проволоки для измерения температуропроводности жидкостей и газов. // В межвузовском сб. Тепло- и массообмена в химической технологии. Казань. 1991. С. 3 7.
73. Waceham W.A. Fluid Thermal conductivity measurements by the Transient Hot-Were Technique. // Symposium of Transport properties of Fluids Mixtures: Their measurements, estimation, correlation and use, 10-11 April, 1979. P. 84 -85.
74. Horrocks J.K., mc Laughlin E. Non- steady- state measurements of the thermal conductivities of liquid polyphenuls. // Proceedings of the Royal Society. 1963. V. 273. № 1352. P. 259-274.
75. Тарзиманов A.A., Габитов Ф.Р., Поникарова И.Н. Измерение молекулярной теплопроводности жидкостей, относящихся к различным классам органических соединений. // В межвузовском сб. Тепло-и массообмена в химической технологии. Казань. 1995. С. 19 14.
76. Кравчун С.Н., Тлеубаев A.C. О возможности измерения теплофизических свойств жидкостей в потоках методом периодического нагрева. // ИФЖ. 1984. Т. 46. № 1.С. 113-118.
77. Горшков Ю.А., Уманский A.C. Измерение теплопроводности газов. М. Энергоиздат. 1962. 224 с.
78. Филлипов Л.П., Нефедов С.Н., Кравчун С.Н., Колыханова Е.А. Экспериментальные исследования комплекса теплофизических свойств жидкостей. // ИФЖ. 1980. Т. 38. № 4. С. 644 649.
79. Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов A.A., Тоцкий Е.Е. Теплопроводность жидкостей и газов. М.: Изд-во стандартов, 1978. - 472 с.
80. Тарзиманов A.A., Габитов Ф.Р., Поникарова И.Н. Теплопроводность различных органических жидкостей при высоких температурах. // ТВТ. 1998. Т. 36. №3. С. 517-519.
81. Габитов Ф.Р. Теплофизические свойства органических жидкостей в широком диапазоне температур, не искаженные радиационным теплопереносом. Дис. докт. техн. наук. Казань. КХТИ. 2000. 325 с.
82. Nieto de Castro С.А., Calado J.C.G., Wakeham W.A. Thermal Conductivity of Organic Liquids measured by Transient Hot-Were Technique// High/ Temp.- High. Pressures.- 1979. V.l 1, №5. - P.551-559.
83. Kashiwagi H., Oishi M., Tanaka J., Kubata H., Makita T. Thermal Conductivity of Fourteen Liquids in the Temperature Rande 298-313 К.// Int. J. Thermophys. 1982. V.3. №2. P. 101-116.
84. Шульга B.M. Компенсационный метод периодического нагрева для измерения тепловых свойств жидкостей в широком интервале температур при давлениях до 1000 МПа. Дис.канд. техн. наук. М. ВНИ Физикотехнических и Радиотехнических Измерений. 1985. 179 с.
85. Спирин Г.Г. Исследование молекулярной теплопроводности органических жидкостей. //ИФЖ. 1980. Т.38. №4. С.656-661.
86. Ramires M.L., Nieto de Castro C.A., Int. J. Thermophys. 1989. V.10. №5. P.l 005-1011.
87. Тарзиманов A.A., Габитов Ф.Р., Поникарова И.Н. Измерение молекулярной теплопроводности жидкостей, относящихся к различным классам органических соединений.// В межвузовском сб. Тепло- и массообмен в химической технологии. Казань. 1995. С. 14-19.
88. Спирин Г.Г. Кратковременные измерения в стадии иррегулярного теплового режима и диагностика теплофизических свойств диэлектрических веществ и материалов на их основе: Дис. докт. техн. наук. М. ИВТАН. 1986. 390 с.
89. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. М.: ГСИ. 1979.
90. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. СПб.: Лань 2005. -112 с.
91. Новицкий П.В. Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. JL: Энергоатомиздат, 1985. - С. 248.
92. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы, И.: Наука, 1987,598 с.
93. Геллер В.З., Парамонов И.А., Татевосов Г. Д. Исследование теплопроводности толуола и экспериментальная оценка вклада лучистой составляющей в эффективный коэффициент теплопроводности. Сб. Теплофизические свойства веществ. Наука. М.: 1973. С.93-97.
94. Брыков В.П. Экспериментальное исследование теплопроводности органических жидкостей при низких температурах: Дис.канд. техн. наук. Казань. КХТИ им С.М. Кирова. 1970. 233 с.
95. Криксунов JI.3. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. радио. 1978. 400 с.
96. Мухамедзянов Г.Х. Теплопроводность жидких органических соединений: Дис.докт. техн. наук. Казань. КХТИ им С.М. Кирова. 1974. 511 с.
97. Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов A.A., Тоцкий Е.Е. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов. М.: Энергоатомиздат. 1990. 352 с.
98. Кравчун С.Н. Исследование теплофизических свойств жидкостей методом периодического нагрева. Автореф. дис. канд. техн. наук. М. МГУ. 1983. 18 с.
