Экспериментальное исследование плотности и вязкости водных растворов хлоридов лития, калия и кальция в широком интервале параметров состояния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

МйКИСТЕРСТЗО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЗЕРБЛЙДЖЛНСКОП РЕСПУПЛ1Ш1 АЗЕРБАЙДЖАНСКИ Л ТЕХНИЧЕСКИ!! УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПДНАХОВ ИБЛД ЛДИЛ оглы

УДК 532. 14:541. 135

экспериментальное исследование плотности и вязкости водных растворов

хлоридов лития, калия и кальция в ШИРОКОМ интервале параметров состояния Специальность 01. 04. 14 — Теплофизика и молекулярная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кацдвдата технических наук

БАК У/— 1992

- - % \

■ ! )

Работа выполнена в Азербайджанском научно-исследовательском институте энергетики им. И. Г. Эсьмана

Научный руководитель: к. т. н., с. и. с. ПЕНИ ИЗБ Р. И. Официальные оппоненты: д. т. н., профессор

ГУСЕЙНОВ К. Д. (Азерб. педагогический Университет), к. т. н., доцент ШАХМУРАДОВ Ш. Г. (Азерб. технический Уни-ерситет)

Ведущее предприятие — Дагестанский филиал ЭНИН им. Г. М. Кржижановского

Защита состоится « »_'С/_ 1992 г.

в _V ^ часов на заседании Специализированного Совета

ВАК СССР К 054. 04. 01 при Азербайджанском Техническом Университете по адресу: 370602 Баку, пр. Азизбекова, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азерб. Технического Университета.

Автореферат рагосл ч; » _ 1992 г.

Отзывы на автореферат в 2-х экз. заверенные гербовой печатью, просим направить в адрес Специализированного Совета.

Ученый секретарь

Специализированного Совета, к. т. н.

А ХЛЛИЛОВ

■ - г

' ОЬцАл лА?А.;Т2РИС'й1чА РЛЬОТ^

:-'С-';* «

Акт:, а ль но с т ь проблем.!. Одной из ^амных задач современной науки является обеспечение народного хоаиЬсна достоверными данными'о иа- " териалах и веществах, создание автоматизированной системы банка данных о физико-хииичсских свойствах вецеств.

Ьодные раствори электролитов широко используются в таких отраслях техники как хеотермалвная энергетики, химическая промышленность,; галлургин, гидрометаллургия и др. Практическое применение водных растворов соле.", осуществляемое в ьирокоа интервале температур, давлений и концентраций требует знания наде-ШоХ данных по их тепло^изическим с^огигьа». Каазчав этих данных аеобходжо е^оо..^ о*.иайа и экс-. , плоатации энергооборудованиь ТсС и ГеоТоС, реыения ряда задач гидро-• динамики и теплообмена, разработки технологии гидротермального синтеза, гидрометаллургии.

сйспорхаоктальние даякие о плотности и вязкости ьодных растворов электролитов необходимы для разработки теории падкого состояния, изучения стйкт^р« воды и растьорог. Име^циеся ъ литературе данное о тепло^изических свойствах больиинств» водных растворов электролитов, в основное приведены для температур не св^ые ЮО°С и давлений 0,1 ¡.¡Па.

Таким образом, выбор направления работы определяет актуальность настоящего исследования, ¿ехз цаоэт».

I. сксг.ернментальное исследование плотности и вязкости водных растворов хлоридов калия, лития и кальция в интервале температур ¿5-350°и, „ЬХ.'...;..:. С, И ^ЗЬЦоиГраиВь 0-^0

с. лпалпо к оО].аоо»я.а ьхиаерл^атаАьнох далн.»х, их оооо^лни«,.

Разработка алчного уравнения состояния для исследованных растворов.

4. Разработка единого уравнения вязкости для исследованных paeTiof.ii.

5. Составление таблиц рекомендуемых данных о плотности и вязкости исследованных растворов.

гЦучнцп ноь.::>иа.

1: разраоохана ..ролика вькеренам и созвана экспврхионтельнав ¿сг-а-ноьда дл» из—ранил плотности ¿йдкостсК ^етодо;- перинного ооьо-

¿. Собрана зксяери-ектальнап ^станоьла для измерении плотности ¿одних растьороь ьлеитролпто^ ^етодоц.гидростатического даьленип. 3. Цроьедени кзлринин ел'откооти а олзкости ьодних рост^орол хлори-^оь кал»:)., лнтиь и кальцк» и.^окоа Диапазон- ти.Лк;рат.ур, давлений и концентрации. Ц .• Разработано ¿равнении состояния, опись^аючсе плотности иссладо.ьаь-пах распоров с погрешность»/ 0,^5,-1 к интерьали температур .¿0-350^0, 0,1-30 ¡Л1и и концоитрацл 0-^0 ¿¡а с с.,.».

5. Разработано «„мной уравнение, опис<»Аа««,ое ьазгсость исследоъашшх раот^ороь с погрешностью ъ интервале температур ¿5-350°С, ■ давлении 0,1-30 »Па а концентрации О-¿0 ^асс.^. Практическая ценность. Результаты гкспорииоьталышх исследований Ои.ть погюльзовани, при проектировании но^х технологических процессов я аппаратов геотермальной энергетики, гидротермального синтеза, галлургии.

На базе зкеперикенталышх данных составлена справочное таблица по плотности и вязкости водных растворов хлоридов КаЛйй, ЛИТИЙ и кальция. Данное о плотности и вязкости водного растьора хлорида кали,, аттестованы Государственной службой стандартных справочных данных в качестве таблиц Рекомендуемых Справочных данных (.РОД).

АПРбЗЦид рэоотд!.. Результата! диссертационной работы докладывалис: и, обсуждались •

- на к международной конференции по свойствам водяного пара, ■ цосква, _ . '.. '

- иа^ Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов. "Современные проблемы теплофизики".,Новосибирск, 1988г.

П^о'ликаци и. По теке дкссертац/и опуоликоьено Л стагей, охьаты-ьаьчи1. ооноьнсй ¡..атериал, /,злоо.йнйЬ!й ь д/сссртацаи.

Зтиктура л объ'-.::. :.абста.1;!ссер;ацпя изложина на 177 страницах, ькллчает ь себя 38 ркс^нлоь , 30 таблиц и сссто.:г иг. ь^/.ии^, 5 глав заключения, описка литераторы из 117 наккоаоьццхя и лрилохии/.» -аыорокого сьадегельстьа на изобретений я сьздотольмь ГСССД.

СО!.";?.: АН.Х РАЬО'Г.!

Ьо ХЕеденп1.! обоснована актуальность здслершингиышх исследовании плотности и ъязкости водных растьоров хлоридов литип, калия и кальция и определен« осноы»а<* задачи I: направления ;:сс-.од:ьанли.

о лещок главе проведен обоор и ььализ литера^рних д.шНиХ о

ПЛОТНОСТИ И Вл^КОСТИ ВОДНаХ раСТВОрОВ ХЛОРИДОВ ЛПТПЯ,КаЛИ;1 И кальций. Показано, что

- ООЛВ-ИНСТЬО ИССЛеДОваНИП ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ псследуе1.:их растворов ьиполнена [¡ри температурах до 10СиС и атмосферном давлении;

- ысокотемперас^рнис азиерзлип плотности водно-соловых систем ь ¡»полнена на линии наскданий к характеризуется неьасокоа точностью измерении;

- вязкость водных растворов электролитов в области высоких температур и давлении недостаточно.

Анализ опубликованных раоот определяет необходимость экспериментального исследования плотности и узкости водных растьороь хлоридов калия, лптИг. и кальция ь лирокоц интервале температур, давлении и концентраций.

С учетов особенностей объекта исследоьанин мбраны:

- для намерения плотности методы переменного объеиа и гидроста- | тического давления;

- для измерения ьязкости - метод капилляра.

Ьо ьторой глььД приведена описания экспериментальных установок и оценка погрешностей результатов измерений.

В интервале температур ¿5-50°С плотность водных растворов электролитов изьеряласв на установке, реализующей ьетод переменного объема; при температурах.50-350°С - на установке, реализующей иетод гидростатического давлении.

Принципиальная схеиа установки переменного объема представлена на рис. I.

Рис. I. Принципиальная схеиа экспериментальной установки

' для изиерэния плотности методом переиеиыог-о объема.

Измерительный сосуд - пьезометр (I) через соединительную трубку (2) связан и- образно с измерительной трубкой (3) и смотровым окном высокого давления (4) которые образует систему сообщающихся сосудов.. . Гибкие металлические трубки (5 и-6) обеспечивает возможность свободного перемещения смотрового окна вдоль /верительной трубки и фикси-' ровать уровень ртути ь измерительной трубке. Смотровое окно выполнено в вило ц,.;;!Ыдра с внутренним конусом, в который запрессовывается конусообразная втулка из.органического стекла. По центру втулки имеется канал диаметром 1+1,5 мм, внутренняя поверхность которой полируется. Конструкция смотрового окна позволяет работать при давлении до 60 К Па. Цилиндр жестко крепится к карстко )гигето:;отро В-6'30. При измерениях перемещения ртути б измерительной трубке мениск ртути _ фиксируется в одном и том *е сечении смотрового окна с погрешностью + 0,005 мм. Смотровое окно к ¡1о..:си;телвлан труока через разделительные сосуды (.7) подсоединены к грузопоршиевому манометру, который ' одновременно служит для создания и измерения даьления в пьезометре. Пьезометр размещен в жидкостном термостата (8) и заполнен исследуемым веществом и ртутью. Изменение рабочего объема пьезометра осуществляется перетоком ртути в пьезометр из сосуда (9). Пьезометр выполнен в виде цилиндра внутренним диаметром ¿8 ми из нержавеющей стали, внутренняя поверхность подвергалась хоненгованию,Предварительно проводилась тарировка измерительной трубки с целью точного определения площади ее сечения и оценка постоянства сечения по высоте трубки.

Разработанный метод позволяет исключить влияние балластного объема системы на результаты измерений плотности. На I этапе фикси- | руется перемещение ртути в измерительной трубке, вызванное изменением | рабочего объема исследуемого веадстьа в пьезометре. Изменение общем

рабочею объема пьезометра при изменении параметров состонния от до inP„ описывается соотнопением

Л VА* - Юр/К <)J+ ^

где S - плоладь сечения измерительной трубки, ( - />+,)/><, -•и:-.енение уровня ртути в измерительнойтруСке при изменении температуры от to до th гри Р0= Ccoíi , (l¡Jrn - h¿ )in - изменение уровня ртути ь измерительной трубке вследствие изменений давления от Р0 до Рп при const .

После I этапа в пьезометр вводив ртуть из сосуда (.3) и ВиТесняе-квозомотра через вентиль (J0; часть исследуемой жидкости, массу которой определяем на аналитических весах. ВМ-200. На П этапе повторяем измерения при тех ¿е параметрах состояния, что и на. I этапе. Ь такой.случае изменение обцего рабочего объема пьезометра составит

Термическое и барическое изменение балластного объема измерительной системы ь обоих случаях одинаковы. Поэтому, вычитая (2) из (I) при одинаковых параметрах состояния, исключаем вклад балластного объема в изменение рабочего объема пьезометра и определяем изменение объема исследуемого вещества, выпущенного из пьезометра с известной массой, при изменении параметров состояния от , ñ> до t», Рп ,

С учетом поправки на термическо'е и барическое изменение объема ртути ъ пьезометре при изменении параметров состояния ^лелвьи». объек исслид^смой жидкости определяется по формуле

t»' • •

где • ■

$ - площадь поперечного сочезл» нз^.еритслввоп ip^to, j^eca выпущенного из пьезометра исследуемого ведества, 1\ср0) 1{лг, , - . удильный обьен ртути соогьатстъенно при параметрах состояния Ь>Р. , ЬР* < Ь,Р. ,

Оценка погрешности опытных дол«ч:ш проводилась по судествук>-

(

циа рекомендациям иатрологичсских слу^О. Анализ .-.огромности показал, что предложенная методика позволяет хигернть плотность к ид- • кости в интервале температур ¿0-50°С с лохреыюеть/'. 0,0г р (Р=0,У5).. »¡з^орзши плотности исслздуeuaX растворов при температурах 50-j5t)°C-проводились на установка гидростатическою давления. «зеорения велись относительны: ыгодоа и в качестве базисного опорного значения плотности использовались ман.!аз ио^чиииие ц-лодоа переменного oSsjj.a.

Рьзрайохоййи.'! .-'--год основан на завис прости гндрсстатпч-зского даьдсазя c:o;.cj лИдкостп "г" *»еоюД "¡1" от плотности ладкости "f ". .

Прикциппалвнии схе!.:а j станов.-:;; пре„ета.и.1ена на рис.£. Остановка состоит «BjX ¿-.ртпкалыих 5ок в-есю.. iOOi) ;.;;.: и дпаьетром lcJv соо/,.::-:-;н:-:ву. в .-ехн-зп части юризозтзльаоь труоко.ч, а в я1 - го&ьот&аамг яо/лозА«ае«1йаьк к высокочувст-

вительному .манометру, заполненному ртуть«.

Температура о^ого из лэлвн зкеперимектальново участка (1) (холодное колено) .".o^epciiba^TOfi постоянна:.. (50°С), а второго (5) (горячее колено) термостати^уехся при температурах свыае 50°С. аолодноэ колено помечено в термостэтирукцуи рубанку, по которой прокачивается лода из термостата ТС-16. Горячее колено располагается в жид- * костной термостате, d качестве теркостатируыцей кидкости исполь-

Рис.а. Принципиальная схема установки для измерении плотности жидкостей, гидростатическим методом.

зуетс.я кремнеорганическая жидкость СОП-5 (до 150°С) или селитряная смесь (при температурах выше 150°С) .Температура ь жидкостном термостате поддерживается постоянной системой автоматического контроля и регулирования с погрешностью 0,01°С и измеряется обрззцовим платиновым термоветром сопротивления ПТС-10 (4). Точная регулировка температурного режима жидкостного термостата осуществлялась по показаниям контрольной термопары (5) с помощью мзлопнерционного нагревателя(б). Перепад давлений меэд измерительными коленами определяется с помощью высокочувствительного ртутного ди;маномстра (8). ¿¡¡¿манометр смонтирован на базе катетометра IC.'j—6 (9) и состоит из подвижного и неподвижного колен. Неподвижное колено выполнено в виде цилиндра, рассчитанного на давление до 60 УПа с внутренним диаметром 50 üií. Такой . диаметр подбирается из расчета чтобы при изменениях уровня ртути в подвижном колене с внутренним диаметром смотрового окна 1,5 мм ртуть ъ неподвижном колене практически находилась бы на одной и тон же уровне. Давление в системе задается и измеряется грузопориневым манометром üíl-óOO через разделительное сосуды {11).

Расчетное jpa^uenne для определения плотности имеет ьид:

£-7771jfc-'tfi'-f'jtf'M't] '

где К = I + —г-

OI

^ и f, - плотность исследуемой жидкости в горячем и холодном колонах при заданном давлении Р, frr и /„ - плотность ртути и исследуемой жидкости при комнатной температуре и давлении Р , &t - перепад температур мекду горячим и холодным коленами, коэффициент термического расширения материала измерительных колен, - перепад высот уровня ртути ь коленах дифманометра, Н - высота измерительных колен при комнатной температуре, S,и ¿г - площадь поперечною сечения неподвижного и подвижного колен дп^манометра.

Погрешность измерений плотности методом гидростатического давления составила 0,1+0,15/5 (Р=0,95) в интервале температур 50-350°С.

Работоспособность разработанных экспериментальных у.тановок переменного объема и гидростатического давления проверялась измерение ми плотности воды как эталонного вещества. Результаты измерений плот. но -ти ¿оды в интервале температур 25-350°С показали, что расхождения ие&ду нашими экспериментальными данными и данными .¿едду народной скелетной таблицы, представленных в "Таблицах тепло&изических свойств воды и водяного пара", находятся в пределах допуска последних.

Ь третьей главе дано описание экспериментальной установки для измерения вязкости водных растворов электролитов и оценка погрешност результатов измерений.,

• * Использование стеклянных капилляров -для измерения вязкости воды в области высоких температур затруднительно из-за выщелачивания мате риала стенок капилляра. Ь'случае работы в среде водных растворов эле тролитоь этот процесс наблюдается при низких температурах и делает невозможным использование стеклянных капилляров. По этой причине исс доьания вязкости водных растворов электролитов в широком интервале температур 25-350°С велись на капилляре, изготовленном из никель-ре! евого сплава, и на установке созданной по проекту БТИ. Капилляр длиной 480,2 мм и диаметром 0^4 мм предварителвно подверг; ся спецпалвной полировке внутренней поверхности. Качество полировки капилляра оценивалосв по зависимости постоянной капилляра от числа Рейнолвдса. С этой целвю на экспериментальной установке проводились специальные тарироьочные опыты на воде на необработанном и обработ ном капилляре. Измерения показали, что постоянная необработанного к ■ пилляра сохраняет свое значение при росте критерия РеЯыольдоа до ЗС а у .полированного капилляра рабочий диапазон критерия Рейнолвдса. до тот значения 700. Следовательно, полировка лсопиллнра позволяет рас рать раоочий диапазон критерии Рейнольдса более чем в-2 раза.

Радиус капилляра определялся дву'кя независимыми методами: весовым". ■ •методом и по измерениям вязкости воды при температуре ¿0°С. Разница в значениях радиуса капилляра, полученная весовым методом и по известному коэффициенту динамической вязкости ь'оды составила 0.11;з. В расчетах вязкости исследуемых растворов электролитов использовались данные капилляра, полученное весовы:.: ;.:егодо:.:.

üi.Gi'o.: '.селодуемой ¿идкости через капилляр осуществляется насосом-расходомером, состоящим из неподвижного и подвижного цилиндра, который ноьет перемещаться вертикально. Цилиндры внизу соединены гибкой норяа-вещей трубкой и представляют сообщающиеся сосуда. Б верхней части подвижный цилиндр соединен с выходом из измерительного капилляра, а. неподвижный - с ьходо» в капилляр, цилиндры наполовину заполнены ртутЬю; При перемецении подвклного цилиндра ьверх образуется переток ртути в цилиндрах насоса-расходомера, что обеспечивает расход исследуемой жидкости через капллляр. Скорость подъема подвижного цилиндра подбирается равной скорости перетока ртути в цилиндрах а контролируется при помощи ■ дифференциального манометра аналогичного ¿у^мяо^и^ :.еьа..воуй,.:ому в у c-äHOB.ie «..я мс-ир-иь;.:; плииостл методом r;upoJiai;;4uci;oro давления. Додвем опускание ;.одви<-.ного цилиндра осуществляется электродьигате- -. лем постоянного тока через редуктор. После установления динамического равновесия в контуре насос-расходоаер создает через капилляр строго постоянней во времени расход, который определяется диаметром стаканов и скоростью подъема подвижного цилиндра. Перепад на концах капилляра поддерживается постоянным за счет изменения напряжения, подаваемого на электродвигатель подъемной колонки подвижного цилиндра насоса-расходомера.

Измерение времени истечения жидкости через капилляр осуществляется посредством печатавдего хронографа с точностью 0,005 сек. .

усредненная по результатам многократных тариромчных испытаний

* '3

величина объемного расхода насоса-расходоаера составила 1,2113 см за-

I оборот ходового в/.нта подшейной колонки.

цилиндры насось-расходомера термостатируются при температуре ¿0°С 10«0й, поступающей в юр-осгаткрл^ие рлбавки из термостата ТС-24.

ЫхиериииитааыиЛ участок имеет (/-образную ^ормз и размечается горизонтально в жидкостном термостате. В одно из колен 0 -образного участка вставляется трубка с измерительным капилляром. Исследуемая жидкость подводится к капилляру через др4гое< колено У-образного у част-; ка. Такая схема подвода позволяет падкости, по мере продвижения к капилляру, принимитв температуру термостатирующей жидкости- термостата.

Контролв и регулирование температуры термостата осуществляется автоматически с помощвю системы аналогичной использованной при изморе- | нии плотности. Изодромное регулирование обеспечивает постоянство рабочей температуры термостата с погрешностью +0,01°С.

Теьпература системы измеряется образцовым платиновым термо.летром сопротивления ПТС-10 и потенциометром Р 309. Датчиком температуры системы регулирования слуин хромель-копелевая термчпара.

Давление в системе создается и измеряется'грузопорыневым манометром ЦЙ-бОО, подключенный к установке через разделительна сосуды.

Установка снабьена системой вакуумирования и заполнения исследуемой жидкоствю. Перед каждым опытом по ориентировочному значению динамической вязкости при данной температуре, давлению и предельному значению критерия Рейнольдса (Ее = 700) рассчитывалосв допустимое максимальное значение перепада давлений на капилляре, при котором не нарушается ламинарное течение исследуемой жидкости через капилляр. В наших экспериментах требуемое значение критерия Рейнолвдса не превышало 600.

С целвю контроля состояния капилляра, были определены две контролв-г ные точки: для низкотемпературных измерений - 50°С и для высокотемпературных .измерений - 150°С. После серии.измерений в широком интервале температур и давлений в этих контрольна *очка* проверилась воспроиз-

во дикость значений вязкости исследуемой эдкости. Для всех изученных 1астьороь разброс данных б контрольных точках не превышал предела точ-;ости измерения вязкости.

Расчет коэффициента динамической вязкости проводился по следующему равнению: ^

(5)

1rï*& ' IriVo

тлвС1-1Г$7 ' ис2 = —

% ■л Le - радиус и длина капилляра, Ye - объемный расход насоса-асходомера при температуре 30°С, ifi - удельний объем исследуе-

ой аидкости при температуре 30°С и рабочей температуре капилляра, V и f - плотность ртути и исследуемой зидхости при температуре ифманометра, лЬ- показания дифманометра, d- - коэффициент термичео-ого расширения никеля, - изменение температуры капилляра от ¿ifó о температуры опыта, Z - ьрепя истечения кидности через капилляр а I оборот ходового винта подъемной колошей насоса-расходомера.

Погрешность измерений динамической вязкости водных растворов лектролитоь в исследованном интервале темпэраг/р, давлений и концин-раций составила--*!/» (Р=0,95).

На установке была измерена вязкость води при температурах ¿5-;óuuiJ давлениях 1-30 ala. Для измерения использовали бидистиллат, уделв-ая электропроводность которой составила 2,5.10~7 оа.сл"1 при томпе-атуре 20°С. Анализ данных измерений показал, что наш данные иогла-уютей с данными ае^дународных скелетных таблиц в пределах их дону с .

h четвертой главе представлены результаты эко'периментилв;;... пестований плотности и вязкости'ьодн-х растворов хлоридов калия, .w.u альци* в интервале температур 25-350°С, давлений' 0,1-^0 ...!!а ». лсп;,.:.-раций 0-20 пасс./. Проведено сравнение ькеиерпм^нтзлв::-х ¿i.i.-.ux 'j -

данными других авторов. Сравнение показало, что максимальное расхс дение с данными других авторов составляло по плотности - 0,9/5, а пс вязкости - '¿¡о. Результаты измерений вязкости водного раствора хло] да лития концентрации 15 и 20 масс.;5 при температурах 2'50-350°С о: клоняются от наших данных на 5+7/5.

Измерена плотность 15 концентраций исследованных растворов,п лучено 1250 опытных точек, разброс которых относительно сглаживаю кривых не превышал оцененной погрешности опытов.

На рис. 3 приведены зависимости плотности водных растворов электролитов от мольной концентрации. Для растворов*одинаковой ко центрации ллотнс^ть растворов растет в ряду растворов солей HCl '- KCl - CaCI^, что соответствует порядку возрастания их молекуляр масс.

Исследована вязкость концентраций растворов, получено .51 экспериментальных значений.

На рис.4 представлены зввксимости динамической ьязкости во, растворов электролитов от мольной концентрации. С повышением дав-лония вязкость исследованных растворов возрастает. Исключение со лает изотерма вязкости 25°С, на которой для растворов концентрац нике 5 масс.-/S прослежиьается аномальное изменение вязкости с рос давления, аналогичное вя&кости воды.

Рост концентрации приводит к увеличению ьязкости растворо!

хлоридов лития и кальция. Водный раствор хлорида калия коицснтрг

I ыасс./5 при температуре 25°С и давлении. 1-20 МПа имеет "отрицас

ную" вязкость, т.о. вязкость его нисе ьязкости воды, что опреде;

ся процессом гидратации и разрушения структуры воды. На изотерм;

выше 25°С с ростом концентрации вязкость водного раствора хлори,

калия возрастает. Для растворов одинаковой мольной' концентрации i

вязкость растет в ряду растворов солей KCl - HCl - CaCI¿ пропо налььо поляризационной способности катионов.

Рис.-З. оаьисииость плотности ьодиих pucxtopoi элоягролв-!, от иольнои концентрации при р=ао üüa. I- CaCI,, ¿ - KCl, 3 - LÍCI-.

<

Рис. Зависимость динамической визкости водных растворов элоктролитоь от концентрации при Р=20 Ша. I - KCl, 2 - LJCI, 3 - СаС12.

fcrtt= ' 1

Различное влияние температуры и давлений на плотность и вязкость воды и растворов электролитов прослеживается в зависимостях относительных плотности и вязкости от параметров состояния. Относительная вязкость и плотность представляет собой отношения плотности и вязкости раствора г. плотности и вязкости воды при одинаковых значениях температуры и давления,

Л т = Л'...- . (б)

- Ь

С ростом температуры -относительные плотность и вязкость растворов электролитов увеличиваются. Рост температуры разрушает структуру как чистой воды, так и воды в растворе. Однако при одинаковых параметрах состояния структура воды в растворе оказывается более упорядоченной, т.к. рост температуры, разрушая .структуру воды, способствует уиилешш гидратации. Причем, чей въше температура, тем больше разрушена струк- . тура воды в растворе и тем сильнее влияние не нее растворенных ионов. Ьто находит отражение в ■зависимости относительных плотности и вязкости от температуры.

С ростом давления относительные плотность и вявкоств исследованы!. pací^Oi-OB yii;b'¡íbLa¡uTCfl.P0CT давления приводит к су^шрио:.;,, ue;.jo-лениъ поляризуемого действия ионов на ¿.иполи иоды, т.е. ослаблен.и гидратации и разупорядочиваник, структуры воды в растворе. При это«: происходит опережающее разрушение води в растворе по сравнение со структурой чистой воды при тех аэ параметрах состояния, что отрастая на зависимостях относительной плотности и вязкости растворов от давления.

Поляризационная способность определяемая- отщипнем

иы заряда иона к его радиусу, иона Са^ больше чел иона ¿/f ь ¿¡' Оолвош, чём к*. поэтому энергетические затраты на сочини* .Lorc течения увеличивайся в ряду растьоро* cqjMí АЛ - и с i - coi < соответственно в этой послодоватолвности раог.т ^коотв LjJ '

растворов данных солей.

Ь пятой главе дано аналитическое описание экспериментальных данных о плотности к вязкости водных растьоров электролитов. Анализ известных ¿равнений состояния, включая эмпирические и полу эмпирические уравнении, показал, что в большшетде они охватывает узкий интер-■вал паеа^зтров состояния, либо иые^т сложный вид и неудоены для практических расчетов, ь результате анализа л обобщения зкепермен-тальных данных нам предлолено ¿равнение, описывающее плотность водных растворов исследованных растворов, следующего вида:

где. / и /о ~ плотность раствора и воды при заданных параметрах состояния,кг/ск° ; т - мольная концентрация, чоль/кгН^О ; А, Ь , С. коэффициенты ¿равненип.

Коэффициенты А,Ь,С является функциями температуры и давления и опи-си;ла;-тся следуьциы! соотноиениями

где Р - давление, ¿.Ша; ? ~ температура,°С.

Коэффициенты уравнения (8) определялись на оДы во зкспсрименталвным данным плотности исследуемых растворов. Предложенное .уравнение идиш вает экспериментальное даыше плотности водных растворов электролитов л исследованном интервале температур (¿5-350°С), давлении . (0,1-30 Шь) и концентрации ^-¿0 маое.^), ? осноъноч, о лотремност. Не оолее +0,25/&.

для расчета вязкости водных растворов электролитов в.алих конце т^аций при температурах до ПИРС ча^е исполвзуется уравнение д.тонса ь ы&ы случае ал я описании вязкости предлагается моди^ициро-;агм>ое уравнение д...он еа-дола, позволял-^ее вычислить вязкость водно! - .юра электролита в мироком интервале температур (¿5-350^0) дав-

лений СО, 1-30 Ы1а) и концентраций (0-20 касс.;;)

(/ * От2), (у)

где "I и '7/0 - коэффициенты динамической вязкости раствора и воды при одинаковых параметрах состояния, Па-с; т - мольная концентрации, моль/кг Н,0 ; А , Ь, С - коэффициенты уравнения.

Аналогично уравнению (7) коэффициенты А,Ь,С кьляйтся функциями температуры и давления и определяются для калдо:о расчюра соо:гноьенил.иа подобными соотношениям (8).

Уравнение (9) описывает нами экспериментальные данные и данное друхих авторов о вязкости исследуемых растворов с отклонением, в основном, не превышающим 1,3/5.

С целью обобщения данных о .плотности и ьаокости водных растворов электролитов оыл<1 построена зависимость относительном вязкости от относителвной плотности в следующем"виде:

\0Ти -- - * (Ю)

гдь А, Ь, С,Ъ - коэффициенты ураьнония

Си; рЧ* В¿ц Рнл

г> J

(11)

с = 2 2 су рс ^ ^-гг /><у

Коэффициенты С1Ц , , , ¿¿^ ' определяются по данным *[>п> и £отн для каждого исследованного раствора. Уравнение (11) оииоываит зависимость относителвной вязкости от относительной плотности для водных растворов исследованных солей в исслоДивааном интервалахимпе-ратур, давлений и концентраций с отклонением," в основном, но вищ0 1,5,1 и лиии ь отдельных точках оно достигает' ¿+3,5/».

.Ь приложении приведены авторское свидетельство на изобретение пьезометра переменного об-вена и свидетельства о присвоении данным о

■ плотности и ьязкости водных растворов хлорида калия категории "Реко-ы.ендуешх Справочных Данных".

ВЫВОДЫ .

I.Проведен анализ опубликованных данных о плотности и вязкости водных растворов хлоридов лития, калия и кальцин. Установлена необхо-. димоств дальнейшего'исследования плотности и вязкости этих растворов с целью расширения диапазона измерений по температуре, давлению и концентрации. . ; .

2. Созданы две экспериментальные установки для исследования плотности жидкостей, реализующие методы переменного объема и гидростатического давления, обеспечивающие возможность измерения плотности в интервале температур 25-350°С, давлений 0,1-30 Ша с погрешностью 0,02-0,15/« при Р=0,95.

3. Измерена плотность водных растворов хлоридов лития, калия и калвцин в интервале температур 25-350°С, давлений 0,1-30 Ша и концентраций 0-20 иасс./^ с погрешностью 0,02-0,15 /> при Р=0,95. Всего получено по плотности 1250 экспериментальных точек.

4. Методом капилляра измерена вязкость водных растворов хлоридов лития, калия и кальция в интервале тешшратур 25-350°С, давлений 2-30 Ша и концентраций 0-20 масс.-,» с погрешностью 0,4-1,1> при Р=0,5 Всего получено по ьязкости 552 экспериментальные точки.

5. Составлены таблицы по плотности и вязкости исследованных раст воров, которые могут быть использованы в качестве справочных данных.

6. На основании полученных экспериментальных данных установлено:

- плотность и ьязкость всех исследованных растворов с ростом температуры уменьшается", а с ростом давления и концентрации возрастают; •

- рост температуры больше поникает плотность и вязкость воды,

чем растворов;

- рост давления больше увеличивает плотность и вязкость воды,

чем растворов;

- влияние температуры и давления на плотность и вязкость растворов тем больше, чем выше концентрация раствора;

- 'для растьоров одинаковой концентрации вязкость исследованных растворов растет в ряду растьоров солей KCl - LiCl - CaCI^, а плотность- LlU -KCl - CaCIz.

?. Предложено уравнение состояния для водных растворов хлоридов калия, лития и кальция, коэффициенты которого определены методом наименьших квадратов по экспериментальным данным. Предложенное уравнение описывает полученные нами экспериментальные данные во всем исследованном интервале параметров состояния, а таае наиболее точные к надежные данные других авторов, в основном, с погрешностью не

л

превышающей 0,25/i.

8. Прелонено использовать для расчета вязкости водных растьоров солеи хлоридов лития, калия и кальция уравнение вида Джонса-дола, коэффициенты которого определены методом наименьших квадратов по экспериментальным данным, ¡это уравнение описывает во всем исследованном интервале параметров состояния как наши экспериментальные данные, так и наиболее точные и надежные данные других авторов с-погрешноствю, в основном, не превышающей 1,3,о.

9. Предложено уравнение, устанавливающее зависимость вязкости ■ исследованных растворов от их плотности. Ьто уравнение позволяет по данный о плотности растворов вычислить значения их вязкости при любых^заданных параметрах состояния.

Основные материалы диссертации1опубликованы в следующих работах: I. Пепинов Р.И.,£обковд Н.В.,Юсуфова-В.Д,,Панахов И.А. Вязкость ^водных растворов хлорида калия в- широкой интервал' параметров состояния. Труды Х-ой Мевднар.конференции,по свойства« воды и -водяного пара. Ii., 1984, т.2, с.196-202.

2. Пепиноь Р.И..Лобкова Н.В.,Панахив И.А. Пьезометр переменного объема. Авторское свидетельство ¡1°Н70324, 1985.

3. Пепинов Р.1'1.,Лобкова Н.В..Панахов И.А. Прецизионные измерен;; плотности жидкостей методов переменного объема. Сб.научн.тр'.ЬНИН им.Крдимановского, Ы., Использование возобновляемых источников анергии и охрана окружающей среды, 15С5., с.32-41.

. ■ Пепинов Р.И..Лобкова Н.В..Панахов И.А. Аномальное изменение

' вязкости растворов электролитов. Инженерно-физический журнал. !,!., 1У87, т.53, 1^3, с.493-494.

5. Пепинов Р.й.,Ьсу5-ова В,Д.,Панахов И.А.,Зохраббекова Г.к)., ' Лобкова Н.В. Раствор '.Плотность водных растворов хлоридов калия и

натрия. Шц А1Ь Госстандарта, ШЗССД Р ¿04-87.

6. Пепинов Р.И.,Лобкова Н.В..Панахов И.А. Растворы. Коэффициент динамической вязкости водных растворов хлорида калия. БНИД ¿В Госст< дарта, йГСССД Р 264-88.

7. Пепинов Р.И.,Лос'кова Н.В. .Панахов И.А..Зозраббекова Г.Ь. Объемные свойства водных растворов хлорида кальция в широком илтерв; параметров состояния. Ь сб.тр."Теплофизические свойства вецесгз и

. растворов", СО АН'СССР Институт Теплофизики, Новосибирск,1988,с.90-,

8. Пепинов Р.И.,Лобкова Н.В..Панахов И.А. Вязкоств водных растворов хлорида кальция в широком интервале параметров состояния. В С1

■ тр.'Чепло^изичсские свойства веществ и растворов", Новосибирск, 1У& с. 102-110.

9. Пепинов Р.И.Доокова Н.В.,Панахов К.А. Плотность л вязкость хлориды лития в широкое интервале параметров состояния. Теплофизика высоких температур, М.,1989, т.27, йб, с.1086-1089.

10. Панахов И.А. экспериментальное исследование динамической вязкости водных растворов хлорида лития при высоких температурах и давлениях. Ъ сб. У всесоюзной иколы молодых ученых и специалистов, "Современные проблемы теплофизики", Новосибирск, ыарт ,1588.

II. Панахов И.А. ¿экспериментальное исследование вязкости . водных растворов хлорида лития при высоких температурах и давлениях. Изв. СО АН СССР, сер. технич.наук, выпЛ, Новосибирск, 1988.