Экспериментальное исследование скорости звука и термодинамических свойств системы КОН-Н2О тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

иоскошот знгктахчтски институт ¿¡¿л I УНИВЕРСИТЕТ)

На правах ру

ЦДЦ7РЯН ХАЧАТУР ДАВИДОВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА И

ттюдиммичЕсхш свойств сисга& кон-^о Специальность 01.04.14 - Теплофизика и молекул

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЦОСКВА-1994

ыполнена на кафодре "Теоретические основы теплотех-ского энергетического института

руководитель:

доктор технических наук, профессор АЛЕКСАНДРОВ. A.A.

шь оппоненты:

доктор технических наук, профессор РАБИНОВИЧ В.А.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник УСТЕШИН Е.Е.

>ргзнизацкя :•

Объдинекный институт зисо-ккх температур РАН (И37АН)

,ктся Ж

сьортации состоится ^t-ruf/p 1934 г-

данаи специализированного совета K-053.IS.02. при , ергети-геском институте по адресу: Москва, Красно- , Л. дом 17, КОрГЦ'с "Т", 2 ЭТ8К, к. 206.

ацигеЯ можно ознакомиться в библиотеке МЭИ. азторефэрат в двух экземплярах, заздрокшэ печатью рогам присылать по адресу: 105335. ГСП, Москва расиоказаркенная, д. 14. Ученый совет ,\!ЭИ.

аат разослан 1994 г.

эьрстарь сцицислои-> сог.ега К CKl.IG.O?-

., с.к.с. ' ' '

в.'л. ¡сне.

0ЕЦ1Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность техн. Кирокоз использование водных растворов неорганических еокосгв в различных отраслях науки и техники требует надежной информации об их физико-химических свойствах в широкой области параметров состояния.

Система кон-Ь'2о, исследованию термодинамических свойств (ТДС) которой гтосвя.-цеяа настоящая работа, относится к числу технически вжакх хпдкостей. Гидроксид калия является одним из корректирующих реагентов водно-химического рекимэ ТЗС и АЭС, специально вводишх в контур с целью регулирования реакции среды и, кромэ того, представляет интерес как вещество, которое образуется при коррозии конструкционных материалов, используемых в ядерной технологии. Знание ТДС системы кон-н^о необходимо для проектирования и эксплуатации энергетических установок электростанций, а также разработки мероприятий по повышению экономичности, надежности и безопасности оборудования.

В электрохимической промышленности водные растворы гидрок-сида калия применяются при создании химических источников тока и в электролизерах для производства водорода. Являясь исходным продуктом они находят также применение при получении мыла, соединений калия, на различных стадиях гидрометаллургических процессов при переработке рудного сырья цветных и редких металлов.

Многие процессы указанных производств протекают при повы-сенных давлениях и в широком интервале температур. Для рационального расчета технологических схем и аппаратов таких процессов, а также для их автоматизации необходимы сведения о ТДС используемых водных растворов при этих условиях.

Один из наиболее эффективных методов изучения ТДС жидкостей при повышенных давлениях основан на измерении скорости звука (У!) в них. Это обусловлено тем, что современные ультразвуковые (УЗ) методы позволяют достаточно просто и оперативно определить скорость звука с весьма высокой- точностью, а прецизионные данные о 71 при высоких давлениях совместно с данными о плотности и изобарной теплоемкости на какой-либо опорной линии позволяют рассчитать другие ТДС жидкости в области давлений, где проведены измерения V. При этом точность рассчитанных величин

не уступает точности их прямого экспериментального определения.

Между тем, систематические экспериментальные измерения 1Г в системе К0Н-Н20 и ТДС этой системы под давлением не проводились. Это обстоятельство свидетельствует об актуальности экспериментального исследования скорости звука в водных растворах гнд-роксида калия в широком интервале параметров состояния, что и обусловило постановку настоящей работы.

Исследования выполнялись в соответствии с Государственной программой "Разработка достоверных данных и создание массива стандартных справочных данных по теплофизическик свойствам технически важных жидкостей", а также научно-технической программой на 1936-1990 г.г. ГСССД "Водные растворы" (шифр - 01.04.03).

Цель рнДсяы.

1. Проведение систематических измерений скорости звука в системе кон-^о в широкой области параметров состояния.

2. Анализ и обработка полученных результатов и сравнение их с данными других исследований.

3. Расчет ТДС этой системы на^основе данных о скорости звука в ней.

Научная новизна. При создании экспериментальной установки, реализующей мзтод совмещения эхо-импульсов, внедрены новне технические рэшевия, направленные на повыаение точности и сокращение времени эксперимента по исследованию скорости звука.

Выполнены систематические измерения скорости звука в водных растворах гидроксида калия в интервале температур 223-573К, давлений 0,1-60 Ш1а и концэнтраций 0-60 % по массе (в области жидкости). Большая часть экспериментальных данных получена впервые. В указанном интервале параметров состояния впервые составлены уравнения для скорости звука.

На основании статистической обработки литературных данных получены уравнения для изобарной теплоемкости и плотности вод-пых растворов гидроксида калия при атмосферном давлении.

С помощью полученных уравнений при использовании дифференциальных соотношений термодинамики впервые рассчитаны таблицы согласованных значений плотности, изобарного коэффициента расширения, изотермической и адиабатной саамаемостей, изо^тай и изобарной теп.тоемкостей систем гидроксвд калия-вода для антер-

вала температур 273-393 К и в исследованной области днвлений и ксндннтрзщгЯ.

Пргхяшческая ценность работы состоит в том, что полученные в работа прецизионные экспериментальные данные по скорости звука и рассчитанные на их основе ТДС могут служить основой для построения таблиц стандартных справочных данных технически важной системы гидроксид калия-вода.

Полученные экспериментальные и расчоткые данные переданы в Объединенный центр дашйх по термодинамическим свойствам газов и жидкостей (ОВД) МЭИ-ИВТАЯ (г. Москва).

Созданная экспериментальная установка, методика проведения эксперимента и обработки результатов измерений могут быть рекомендованы для выполнения аналогичных исследований других чистых жидкостей или растворов.

Автор защищает:

1. Массивы новых экспериментальных данных о скорости звука в водных растворах гидроксида калия в широком интервале параметров состояния.

2. Полученные уравнения и таблицы ТДС.

3. Методические и технические решения, использованные при создании установки и проведении эксперимента.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-методических семинарах кафедры Теоретических основ теплотехники ЮН, на научно-технической конференции МЭИ "Физико-технические проблемы энергетики" (Москва, 1988 г.).

. •Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в трех печатных работах.

Структура и объел работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы (174 наименований) и приложения. Работа изложена на 237 страницах машинописного текста, из них основного текста - 181 страница, 40 рисунков, 17 таблиц и приложение на 38 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЕАШЕ РАБОТЫ

Во ввебенуи показана научная и практическая значимость и актуальность теш диссертационной работа. Обоснован выбор системы КОП-Н^О в качество объекта исследования. Отмечается предпочтительность исследований скорости звука как оперативного, весьма точного и информативного эксперимента. Сформулирована цель работы.

В первой ¿'-лбо выполнен аналитический обзор опубликованных работ по некоторым физико-химическим'свойствам системы К0Н-Н20 и методам измерения скорости звука. Показано, что большинство данных о плотности, изобарной теплоемкости и скорости звука получены при атмосферном давлении в интервале температур 273373 К. Высокотемпературные измерения выполнены лишь для плотно-: ста и изобарной теплоемкости в состоянии насыцения растворов, однако они хгр2ктеризуются невысокой точностью. Сведения о ТДС данной системы ври повышенных давлениях практически полностью отсутствуют (представлены лкнь фрагменты для р, Ь и От).

На основании проведенного анализа формулируется вывод о необходимости прозедения систематически экспериментальных исследований скорости звука в системе гидроксид калия-вода в широком диапазоне температур, давлений и концентраций с погрешностью на хуае 0,1 % и расчета на их основе других ТДС системы.

Далее в главе приведена сравнительная характеристика прецизионных методов из;.сере;я:я скорости звуке (оптических, кнтер-ферсметрическга. и импульсных). Делается вывод о том, что импульсные методы обладают большими потенциальными возможностями по сравнению с другими методами. На основе анализа схем различных импульсных методов обосновун выбор метода совмещения вхо-импу-льсов. Он относительно прост в реализации, обеспечивает необходимую точность измерения и позволяет репздть поставленную задачу.

Во второй главе приведено подробное ' описание экспериментальной у станов:",!, предназначенной для измерения скорости звука, в химически а1рзссивннх жидкостях в широком интерзале температур и давлений.

Схема установи приведена на рис. I. Она состоит из експэ-римеЕтошмго узла и следу пнмх. основных систем: элехгроино-уль-

тразвуксзой, измерения и регулирования температуры, создания и измерения давления, вакуумироваиия и заполнения измерительной камеры, измерения концентрации исследуемых растворов.

Экспериментальный узел состоит из толстостенного автоклава I, с помещенной в него акустической ячейкой2, которая через электровводы высокого дазления соединяется с электронно-измерительной схемой установки. В свою очередь автоклав I по скользящей посадке вставлен во внутреннюю тонкостенную гильзу 3 жидкостного термостата 4.

Такая сборка экспериментального узла дает возможность в случае неполадок или при разгерметизации автоклава вынимать последний из термостата без слива термостатирущей жидкости. Это ваяно, поскольку при применении расплава селитры в качество термостатирущей жидкости слив и последующее заполнение сопря-. жены с определенными трудностями.

Акустическая измерительная ячейна 2 выполнена разгруженной от давления и состоит из двух кварцевых пъезопреобразователей с резонансной частотой 3 МГц. Последние изолируются от исследуемой агрессивной среды с помощью плоскопараллелного волновода и стакана. Разделительная трубка, которая задает длину акустической базы, изготовлена из стали Х18НЭТ и при температуре 293 К имеет длину ¿=41,447 мм.

Измерение скорости звука проводилось на частоте 3 МГц с помощью электронно-ультразвуковой системы, реализующей метод совмещения вхо-импульсов. Сущность метода заключается в определении частоты следования импульсов, отрегулированных таким образом, чтобы запуск последующего пакета импульсов начинался в момерт прихода отраженного УЗ импульса. Время прохождения звуком известного расстояния в исследуемой среде есть обратная величина частоты следования импульсов в момент их совпадения.

Частота повторения импульсов определялась путем многократных измерений с помощью регистрирующей системы. Использование микро-ЭВМ СРадио-86РК") в измерительном цикле позволило значительно сократить время измерения, повысить их точность и облегчить процесс первичной обработки информации.

Поддержание заданной температуры в термостате осуществлялось системой автоматического регулирования температуры. Пир-

Рис. I. Схема экспериментальной установки

кулкцня термостатарукэдй жидкости обеспечивается пропеллерной мешалкой 10, вставленной в мал!й цилиндр термостата и приводимой во вращение от электродвигателя 14. Схема циркуляр термо-статирувдвй жидкости исключает образование застойных зон, обеспечивает интенсивный отвод тепла от нагревателей 5-8 и высокую равномерность температурного поля в термостате. Тармостатирова-няе ниже комнатных температур, вплоть до 223К, осуществлялось прокачиванием через зкооник 9 азота из сосуда Дьюара ц.

Контроль и измерение температуры проводились образцовым платиновым термометром сопротивления 12 типа ПТС-10 первого разряда в комплексе с потенциометром РЗвЗ-1 класса 0,001.

Давление в экспериментальной установке создается, измеряется и поддерживается постоянным в ходе опытов с помощью двух грузопорпшевых манометров 18 типа МП-60 и МП-600 классов точности 0,02. Для гидравлической связи манометров с исследуемым раствором установлены разделительная емкость "масло-Еода" 19 и дифференциальный манометр 16.

В целях предотвращения кристаллизации исследуемого раствора высокой концентрации трубки, соединяющие автоклав I с де-аэрационным бачком 15 и с дифманометром 16, обогревались низковольтным нагревателем. Эта процедура позволила значительно расширить диапазон исследованных концентраций.

Определение концентрации исследуемого раствора осуществлялось пирометрическим методом на комплексе типа Т-108 до и после акустического эксперимента.

Перед заполнением установки исследуемым раствором автоклав и все коммуникации тщательно промывались "дистиллированной водой из бачка 23, после чего производилось ее вакуумирование. Разрежение в системе фиксируется термопарным вакуумметром 22.

Система вакуумирования и заполнения установки включает в себя вакуумный насос 20, азотную ловушку 21, вакуумметр 22, де-аэрационный бачок 15 и соответствующие коммуникации.

В третьей ¿лаве описаны: методика приготовления исходных веществ, анализ состава исследуемых растворов, оптимальный порядок проведения эксперимента. Рассматривается расчетное выражение для определения скорости звука использованиям методом, проведен анализ и оценена погрешность результатов измерений. Здесь

ке представлены результаты контрольных измерений.

Особое внимание уделено частоте исследуемых образцов и точному оироделению концентрации растворов. Для приготовления исследуемых растворов использовалась бидкет.чллированная вода и химически чистый кон. Анализ состава исследуемых растворов про-водилсн методом нейтрализации с помощью стандартного раствора соляной кислоты. Проведенные опыты показали, что сварное содержание примесей в исследованных растворах (посла их предварительной очистки) не превышает 0,07 % от сухой массы г-идроксида калия (в том числе ¡^сОд - 0,05 %). Максимальная относительная погрешность определения концентрации не превышает 0,1 %.

Измерения Т проводились по изотермам в следующей последовательности. Сначала она определялась при минимальном давлении эксперимента, потом давление повышалось до максимального значения (р= 60 Ш1а). Последующее еншхэние р осуществлялось ступенями по 5-10 МПа и после выдержки производилось ояредолезше К. Затем, с целью проверки надежности работы установки и неизменности состава исследуемого раствора повторно проводились измерена 'Л при минимальном дазлении. При этом различия в значениях скорости звука были на уровне воспроизводимости эксперимента.

При фиксированных значениях давления и температуры проводилось, как правило, 10-15 серий однотипных измерений. Перед каждой серией заново производилось совмеценае эхо-импульсов на охране осциллографа, Действительное значение >7 (т.е. скорость распространения идеально плоских волн) вычислялось по формуле

» - 2- Ю71/3 - А?7д + АРУв + Шт, (I)

где Ъ - длина акустической базы; 5 - среднее арифметическое ряда последовательных измерений отношения опорной частоты образцового кварцевого генератора Ро (Л=1С МГц) к измеряемой ; ¿¡¡Уя, ¿В'в - поправки на дифракционный и волновод® а эффекты соответственно, а л;?от - поправка; связанная с фазовым сдаигсм отражения УЗ волны от поверхности ггьезохфообразователя.

Для оценки дифракционной поправки использована формула Бьеса-Вильямса 1 • ), где сЬ20 мм - диаметр пьз-

зопреобразовэтелл, А. - длина УЗ водны; I, - длина акустической

базы. Волноводнал поправка оценивалось :шч № = О,СОТОМУ, а Д!Го1«С, т.к. совмещение ахо-тшульсов производилось по та пер-выл полуволнам (в этом случае сдвиг фззн np;i отражен:»! УЗ волны прктически не происходят).

Оцешса погрешности результатов исуерений проводилась в-соответствии с требовакшя ГОСТов "Государственная система.обеспечения единства измерений*.

-В табл. I представлены оеэт?м:<я погргпностс-й кз'.-ерогая скорости звука для различных облагс;." аяр&хотров состояния, охваченных экспериментом. В числктело призадези доверительные границы погрешности, рассчитспп^е при доп?рчтолыюй вероятности Р=0,95, а в знаменателе - етмчоэтя ссшой мекездальяой яогрошости.

Таб.гсца I

Полные погрешности измерения скорости звука £!М0а,£

С» % Т.К р,:ша 273 373 473 573

I • 0.1 60 14/25 14/27 14/24 14/25 16/32 21/44

30 0.1 60 40/БЗ 36/53 2S/43 2Э/44 29/52 37/69

50 0.1 60 42/60 39/55 33/50 32/50 ■ - 1 -1 47/60 I■ 47/78 1

На основании проводеккх контрольных измерений в отэло.-пюа яэдкссти (бидисталдировгнная вода) сделан вывод о надокдис?и получаемых результатов и ьозмсгзгасти использования вксп'^ш«!-тзльной установки для исслйдсво:£ия скорости звука в г.гг.хсстя/. при давлениях до 60 МПз и в игроком интервале температур с ас--обходимой для расчетов точность».

Четвертая ёлава посвяз;зна результатам исалзг/ч'снкЯ и их • , обсуждении. ;:?г,<среияя скороста звука проведет в 1.о-т-;х р;:сл.-о--рах с ксаиенгрыекчл 0-60 % (для 38 различных состаг'сз) в ли-

Таблица 2

Экспериментальные значения скорости звука в 80,14 %-ном растворе гадроксида калия при давлениях до 60 МПа

Р, Ша V, М/С Р, Ша я, м/с Р, Ша Я, м/с

Т « 223.15 К Т = 263.15 К Т = 373.15 К

0.101 2065.12 . 0.101 2065.12 0.101 1956.27

9.903 2077.04 9.903 2076.80 9.903 1981.55

20.199 2089.52 20.199 2089.49 20.199 1997.25

30.005 2101.25 30.005 2101.49 30.005 2011.70

40.300 2113.31 40.300 2113.81. 40.300 2026.43

60.105' 2124.85 •50.105 2125.38 50.105 2040.39

59.419 2135.49 59.419 2136.13 59.419 2053.10

Т 233.15 К Т = 278.15 К Т = 403.15 К

0.101 2066.29 0.101 2059.94 5.000 1923.95

3.903 2078.10 9.903 2072.44 9.903 1931.97

20.199 2090.55 20.199 2035.19 20.199 1948.91

30.005 2ГС2.31 30.005 2097.19 30.005 1964.31

40.300 2114.61 40.300 2109.87 40.300 1980.71

59.419 2136.74 59.419 2132.41 59.419 2009.22

Т = 243.15 К Т * 293.15 К Т = 433.15 К

0.101 2066.77 0.1р1 2053.11 5.000 1866.06

9.903 2073.86 9.903 2065.41 9.903 1875.43

20.199 2091.62 20.199 2078.32 20.199 1893.37

30.005 2103.27 30.005 2090.88 30.005 1910.76

40.30С 2115.48 40.300 2103.53 40.300 1928.19

60.105 2126.84 50.105 2115.25 ' Б0.10& 1944.32

59.419 2137.50 59.419 2126.43 59.419 1958.95

Т = 253.15 К

0.101 2066.60

9.903 2077.96

20.199 2090.77

30.005 2102.61

40.300 2114.82

50.105 2126.24

59.419 2137.23

Т = 348.15 К

0.101 2001.22

9.903 2014.89

20.199 2030.06

30.005 2043.97

40,300 2058.13

50.105 2071.08

59.419 2083.35

' Т = 523.15 К 9.903 1649.99 20.199 1676.59 40.300 1724.98 59.419 1766.38

Т = 573.15 К 30.005 1559.23 59.419 1639.47

тервало температур 223-573 К и давлений 0,1-60 МПа. Более подробно исследованы разбавленные растворы, в которых е;це сохраняются аномальные свойства растворителя (воде). В качестве примера в табл. 2 представлены экспериментальные значения скорости звуха з 30,14 %-ном растворе КОН.

Проведенное в диссертации сравнение сккдетельствует о хорошем согласовании (в пределах су^г.рчой погрешности полученных величин) с данными Маркса (I960 г.) для атмосферного давления, а тзгсге Сэйфэра (1974 г.) при давленких 0,1 МПа а 49 МПа. Дан-нкэ Михайлова и Фзн Say (I960 г.), попучзшо:о при я'лгосфэрром давлении, распологаются выше от результатов паши измерений в среднем на 0,15 % как для чистой води, та'< л доя растворов.

Весь массив данных о скорости зкуки. полученный з работе, аппроксимирован уравнением виде

ffl- ¿ШЫ^ьедОи* «>..

где С - концентрация растзорэ, Ж; р - давление, бэр; 1Ч--3-'.7,3 к; Г- темшр&тура, К, a g- эмпирические коэ£.1ици»-нта. В исследованных интервалах параметров состояния ураш-лчо (2) пр/.'кни-мо только в области существования хкдкого раствора. Среднее кзадратическоа отклонение (а) слчткых точек от актроксиу,грушей поверхности составляет 0,112.

Экспериментальные данные о W при ятмос£ирном давлении аппроксимированы отдельно уравнением

ffi-Х&ъФ-^ш'- 131

Это уравнение применимо в области существования итого раствора при концентрации до 60 %, причем о=0,04

На рис. 2 представлена температурная зависимость скорости звука в системе- КОН-НрО при р=0,1 МПа для различных составов растворов. Линиями фазового равновесия зидкость - гордая i'^-i и гашения выделена область существования гадкого рчстгггра.

Обращает на себя юккэдт су^ествэдыше двух рж'лжясх

Вчм/С

2400

2200

2000

1800

1600

/ N 'N. 1

К0Н.< КОН.2Н20 ^ г" ч' 14. Ш,01 / >

У / к -62,8Г / с.---—X"" "v -v

• \ \ V \ \ \ \^ ч ч \ ^ ч \ ч . / Jl i ® ja

\ \, л£ц ^ \ * f ■ s II !

1 1 1 У* ir' / X / / t / ✓ f ВОДА^

-50 0 50 100 i,°C

Рис. 2. Скорость звука в системе KOH-HgO при р=0,1 МПа .

Рис. 3. Тешлрятуршя ЗОВЮТЯОбТа пкороста ЗРУК1 2 1«ш 7-ÍÍCÜ

концентрационных областей системы с различными ходами кривых С^сатяХ. Для первой (доззтектической) области, характерно наличие максгкума ка указаниях кривых, положение которого зависит от концентрации раствора, причем чем вше концентрация, тем нике температура в точке максимума (см. пунктир). С ростом концентрат!:? наряду с возрастанием V, максимум сглаживается и при концентрации раствора, соответствующей приблизительно эвтекти- ■ ческоку составу систе.чн 030,9%, полностью исчезает.

Во второй, т.е. в заэзтектической области концентрации, кривые С-сспзг, как и для всех нормальных жидкостей, имеют'отрицательный температурный коэффициент скорости звука во всем диапазоне температур в пределах жидкой фазы растворов.

Чг рис. 3, на котором приведена температурная зависимость скорости звука в 1,03 %-ном растворе, следует, что изобары не пересекаются иевду собой и располагаются тем выше,, чем выше давление. Характерно, что наблюдаемые на изобарах скорости звука какскмумы, так ке как и для чистой воды, с ростом давления смещается в область более высоких температур (см. пунктир). Аномальный характер температурной зависимости, присущий чистой воде с ростом давления и концентрации проявляется все слабее.

Л.жпя глава посвящена расчету ТДС системы КОН-Г^О на основании данных о скорости звука и обсуждению рассчитанных свойств.

Аналитические зависимости для плотности р=р(Т,С) и для изобарной теплоемкости ср=ср(т,с) на базовой поверхности (при Р=0,1 МДа), необходимые для проведения этого расчета, получены на основании существующих в литература наиболее достоверных экспериментальных данных по этим свойствам. •

Для плотности составлено уравнение вида

где 1пр=277,13 К; Т - К; С - %, а díJ - эмпирические коэффициенты. При р=0,1 МПа уравнение (4) применимо в области существования хидкого раствора при концентрациях до 70Ж. Средняя квадра-тическая погрешность описания исходных данных составляет 0,032.

Для изобарной теплоемкости получено уравнение в форме

(4)

ор ^[Д*!/^^1]-^' (5)

где ЗЪр=307,34 К, а ¿ц - ампиричеокчя ко-лй^ггшенты. Уравлйние (5) позволяет ра'ссчитывать изобарную' книюеккость в интервале концентрация 0-60 % и температур о? г^з к до температур к;;гхд:л растворов при р=0,1 МПа. Средняя квчдратичзскгя пм-ротсстъ описания исходных данных составлял? 0,41%.

С помощью уравнений (3),(4) и (5), пржоляя известие термодинамические соотношения, рассчитан ряд ва»гкх ТДС: изобершй коэффициент расширения (а), адиабатой ког@6о&»н? сгккаемоста фв), изотермический коэффициент склзоу.сстл (рт) и изохорная теплоемкость (Су) при р=0,1 Ша. Ирслзвэденг» оц-жка 1югрз"пос-тей рассчитанных величин.

Для расчета ТДС системы ксн-н2о при погапешага давлениях использован пошаговый итерационный котод с пслучегаем простого уравнения состояния на каждом вето. Кзтод расчета сгодится к решению известного да^рэнциадьиого уравиоиия термода'&мкй относительно платности:

Р Р

^ -р = Р0 +]<«>

Го Ро

где р - плотность на базовой поверхности, ог.че;;з.;;.гзл?эя уравнением (4), ар- искомая плотность при д? ' р.

Значение первого интеграла в (6), ьжяс.'улчсн альяга^чески - путем интегрирования ур&Енеяия (2).'Погколму ана.ллтнчеокпо зависимости а=а(р) и Ср=Ср(р) неизвестны, то • значения второго интеграла в пределах каадого вага вычисляется мотодоч итерации.

Проведений анализ погрешности и результат« срзв:.тния с имеюдгаися опытными .дашшми показывают, что погрешность с:;.ачо -яий плотности, вычисленных по да-пз»; о !Т пореговкм «тор. методом, находятся па уровне погрешности прямых эксперт чидггь-ных измерений. В качестве пркмчра в табл. 3 прнтгдагы рассчитанные ТДС 5 Ж-ного раствора кон.

В г.рио:::>'.-ш 'пробегая-еяк окспсргаепталкгае сгпчзния скорости, зв^а в сисюче К0Я-Но0 (тябг.'пз ПХ и П2), а ьи-г ■

считанные величины ТДС данной системы (таблицы ПЗ и П4).

BaSodu

1. Выполнен обзор исследований некоторых физико-химических свойств системы КОН-г^О. Показана необходимость допольнительно-го экспериментального изучения скорости звука в широкой области параметров состояния с целью расчета на ео основе других ТДС.

2. Разработана и создана установка для измерения скорости ' звука в химически агрессивных нидкостях в широком интервале томпэратур и давлений. В установке реализован метод совмещения зхо-згшульсоз с использованием микро-ЭВМ в измерительном цикле.

3. Проведено систематическое исследование скорости звука в водных растворах ксн в интервале температур 223-573 К, давлений 0,1-80 МПа и концентраций 0-60 % по массе. Всего получено 1313 новых опытных значений скорости звука, большая часть которых ■ относится к неисследованному интервалу параметров состояния.

4. Дан подробный анализ погрешности экспериментально получении значений скорости звука в растзоре и подтверждена их надежность. Полная относительная доверительная погрешность (при Р-0,95) лежит в пределах 0,01-0,05%, а полная максимальная пог-регшость но превышает 0,08% во всем исследованном интервале параметров состояния.

5. Получены уравнения, аппроксимирующие экспериментальные данные о скорости звука при а'гмссферном давлении и во всем исследованном интервале параметров состояния.

6. Систематизированы и обобщены литературные данные о изобарной теплоемкости и плотности исследованной системы. На основании статистической обработки этих данных получены уравнения для указанных свойств при атмосферном давлении.

7. На основании данных о скорости звука в исследованном диапазоне давлений, а также данных о плотности и изобарной теплоемкости при атмосферном давлении с использованием пошагового итерационного метода проведен комплексный расчет ТДС рассматриваемой системы в труднодоступной для экспериментальных исследований области высоких давлений.•

8. На основании современных представлений о структуре вода

и водных растворов электролитов выполнен анализ поведения скорости звука и рассчитанных ТДО рассматриваемой системы.

Термодинамические свойства 5 Ж-ного раствора КСН при пс^онгшх давлениях, рассчитанные на-основании данных о скорости жука

57

Р

а-10°

ар

■ МПА

м/с

КГ/М

1/К

К ,Г-7

кгТК

кДй кг ТС

1/ГЛЛа

Т = ?,7

• 15Я

10.0 1520.2 1052.4 170.2 3.848 3.830 4X1 413 .1

20.0 1537.4 1056.7 185.4 3.830 3.803 4СО. 402 .7

30.0 1555.0 1060.9 199.8 3.813 3.787 359.8 302 .5

40.0 1572.4 1065.0 213.5 3.797 3.7-37 379 8 .8

50.0 1589.5 1069.0 226.8 3.783 3.74Э 370. 2 373 .7

60.0 1606.1 1073.0 239.6 3.771 3.732 331 о 365 .т

Т = ЗТЗ 15Х

10.0 1619.5 1039.9 413.9 3.503 3.757 гее, 7 373 .9

20.0 1636.4 ТС43.8 ■413.7 3.885 3.747 357 С о/1 .0

30.0 1653.4 1047.7 413.7 3.863 3.727 349 I Зо2 .3

40.0 1670.2 1051.4 413. Э 3.651 3.703 340 9 354 .2

50.0 1636.5 1055.1 414.3 3.835 3.688 333.2 345.5

60.0 1702.2 1058.3 414.8 3.819 3.669 326 0 339 .3

Т = 333 15К -

10.0 1635.0 1030.3- 5Т8.4 3.325 3.699 363 I о о к СО*-/ .2

20.0 1652.5 1034-.2 513.7 3.908 3.682 354 I 375 .8

30.0 1670.2 1038.0 609.4 3.891 ' 3.664 345 Л 3?6 .7

40.0 . 1687.5 1041.8 ■ 505.4 3 • В75 3.647 337 X 0 л3 .1

50.0 1704.4 1045.5 501.7.. 3.85Э 3.630 . 329 2 ' ' Г-Г. .0

60.0 '1720.7 1049 Л 493.2 3.843 3.613 321 9 г% / о

Т = 373 .1оК*

10.0 1524.7 1005.Б 037.3 3.565 3.543 <*• ' о 0

20.0 1544.9 ' 1009.7 074.9 3.94? 3X33 0

30.0. 1664.5 .1013.8 6?3-.5 3.934 З.БР.Р с ос// О

40.0 1683.3 ,1017.8 ■ ебз.т 3.919 3.515 ^ '0 в Я" г С

50.0 . 1701.3-. ' ¿031.7.. ,643.4 3. ?04 о О . ^; '¿'с ?• г

60.0 -1718,3. ■ 1С?5;5 63». 4 о.етэ 3.491 3

Основное содержание диссертации опублшсовано в слеОущих рабсжах:

1. Кочетков А.И., Цацурян Х.Д. Экспериментальное исследование скорости звука в система KOH-HgO при атмосферном давлении // Труда Коек, эперг. ин-та.- 1989.- Js 206.- С. 41-45.

>

■ 2. Цацурян Х.Д., Александров A.A., Кочетков А.И. Скорость звука в водная растворах гидроксида калия // Теплоэнергетика.-1991." J6 6.- С. 60-64.

3. Александров A.A., Кочетков А.И., Цацурян Х.Д. Экспериментальное исследование скорости звука в.водных растворах гидроксида калия при давлениях до бОШа // Термодинамика фазовых равкозосий и критические явления.- Махачкала, Дат. КЦ РАН, IS92.- С. 67-73. -

¿ж 100 =»„., Ш

Т«»|;Г|мф|!Ч МЭИ. KpaciM.iiapMC'iin.'ls, 13,