Вязкость диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота в жидкой фазе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

РГО од

/Г--л АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ

И ! .. ,1 I | •; ^ V/

1 и Институт проблем энергетики

На правах рукописи

<$[11^ ШУПАЕВ Владимир Николаевич

уда 532.13

ВЯЗКОСТЬ ДИОКСВДА АЗОТА И РАСТВОРОВ ДИОКСВД А30ТА-0КСЦЦ АЗОТА

в швдкой мзе

01.04.14 -.Теплофизика и'молекулярная физика

I

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1993

Работа выполнена р Институте ядерной энергетики АН БССР

Научный руководитель - доктор технических наук I ' Б.Д.Тимофеев

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Т.Н.Абраменко, кандидат технических йаук-В.А.Николаев

Ведущая организация - БГПА,г.Минск ■

Защита состоится "77" «ЛД.СХ<Я 1993 г., в часов на

заседании специализированного совета К.006.03.01 при Институте проблем энергетики AHB. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан "W " йпр£л& 1993 г.

Отзыв на автореферат, заверенный ученым секретарем и скрепленный гербовой печатью, прощу направлять по адресу: 220Ю9, г.Минск, пос.Сосны, ЙПЭ АНБ, секретарю специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

о'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК. РАБОТЫ

Актуальность „темы. Опытно-конструкторские и проектные разработки теплообменного и технологического оборудования с использованием различных веществ требуют знания их теплсфизических свойств в широком диапазоне параметров. К технически ванным веществам относятся диоксид азота и растворы диоксид азота-оксид азота, которые широко используются в химической промышленности, ракетной технике и в ряде других отраслей хозяйства, Возможно также их применение в качестве низкокипящих теплоносителей. Знание свойств оксидов азота важно для решения экологических проблем.

'К важнейшим теплофизическим свойствам жидкостей и газов относится вязкость. В газовой фазе вязкость диоксида азота исследована в нескольких проведенных различными методами (падающего груза, колеблющегося диска, катящегося шага, капилляра) экспериментальных работах и'представлена в двух расчетных работах, Результаты экспериментальных и расчетных работ достаточно хорошо согласуются между зобой. Вязкость газовой фазы растворов диоксид азота-оксид азота экспериментально не исследовалась, но существует методика ее расчета, результаты которой хорошо согласуются с экспериментальными дан-1ыми в применении к газовой фазе диоксида азота.

В жидкой фазе, для которой не существует надежных расчетных 1етодик, вязкость диоксида азотак и растворов диоксид азота-оксид 130та,,0£ при температурах выше комнатной экспериментально исследовалась только методом катящегося шара единственным коллективом ав-оров; другие работы в литературе отсутствуют. Использовавшийся

' sRichtvx ß-Л, Ига in vi И.И., Sage &.Н./7 ЫЛпу.Мпт.— 953. - Ш. 4$. - р. 2Ю-2И9.

^Reamn H.H., llichUn fr. М, Sage B.H./^Ind.hnuX^m.-s54.~VoLLtG.-N* ?. - Р. МЫ.

этими авторами метод не имеет строгого теоретического обоснования," а полученные им данные, как правило, обладают большим разбросом и часто расходятся с экспериментальными результатами, полученными другими методами. Большим разбросом (от 2 до 1%) обладают и экспериментальные данные по вязкости жидкой фазы диоксида азота этих авторов, а экстраполированные на линию насыщения значения вязкости, предлагаемые ими, как указывалось в ряде работ* вызывают сомнение.

Цель работы, Исходя из состояния изученности вязкости диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота, перед автором бы» ла поставлена цель провести экспериментальное исследование вязкости жидкой фазы данных веществ в широком диапазоне температур, давлений и концентраций, выполнить обобщение полученных результатов и составить таблицы рекомендуемых значений вязкости в исследованном диапазоне параметров. Для этого было необходимо: выполнить модернизацию экспериментальной установки} решить вопросы очистки диоксида азота от технологических примесей и приготовления растворов различных концентраций; разработать методику отбора проб и проведения опытов, позволяющую сохранять постоянный состав раствора на протяжении серии; провести эксперименты по исследованию вязкости жидкой фазы диоксида азота и растворов диоксид азога-оксид азота, контролируя состав растворов в процессе опытов.

Научную новизну работы сосуавляют{

1. Результаты экспериментального исследования вязкости диоксида азота в жидкой фазе в диапазоне температур 277-425 К и давлений 0,25-14 МПа (205 экспериментальных точек). При температурах свыше 410 К данные получены впервые, а при 300-410 К представляемые результаты существенно (до 98$) исправляют значения вязкости, полученные в единственной работе методом катящегося шара.

2. Результаты экспериментального исследования вязкости растворов диоксид азота-оксид азота в жидкой фазе в диапазоне темпера-

тур 288,5-410 К и давлений. 0,5-14 МПа при массовых долях оксида азота 0,18; 0,15; 0,055; 0,090; 0,19; 0,31 и 0,23 (267 экспериментальных точек). При концентрациях оксида азота свыше 0,2 мае.долей опытные данные получены впервые, а при более низких концентрациях представляемые результаты существенно исправляют единственные имеющиеся в литературе для исследованного диапазона температур величины вязкости, полученные методом катящегося шара (максимальное различие - в 5,5 раз).

Достоверность представляемых результатов подтверждена контрольными опытами на гексане.и пентане: полученные на них в диапазоне режимов течения,соответствующем экспериментам по исследованию вязкости жидкой фазы диоксида азота к растворов диоксид азота-оксид азота, значения вязкости хорошо Св пределах 1-2.%) согласуются с имеющимися в литературе данными, В представляемой работе все измерения производились поверенными приборами: выполнена метрологическая аттестация экспериментальной установки.

Автор, выносит на защиту: _

1. Экспериментальные данные по вязкости жидкой фазы диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота в исследованном диапазоне параметров.

2, 0боб£3®що зависимости к составленные на их основе таблицы •рекомендуемых значений вязкости:

, а) диоксида азота в жидкой фазе в диапазоне температур 280425 К и давлений 0,1-14 МПа;

б) растворов диоксид азота-оксид азота в жидкой фазе - в диапазоне температур 290-410 К, давлений р5 ~ 14 МПа к концентраций оксида азота. 0-0,15 мае.долей', а также в диапазоне температур 280360 К, давлений -20 МПа и концентраций оксида азота - О-фО мае. долей;.

в) диоксида азота на*линии насыщения со стороны жидкости и

пара в диапазоне температур 280-420 К}

г) растворов диоксид азота-оксид азота.на Линиях кипения в диапазоне температур.300-410 К и концентраций оксида азота 0-0,055 мае.долей. •

Практическая ценность работы состоит в обеспечении необходимыми для проектно-конструкторских разработок технологического оборудования данными по вязкости жидкой фазы диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота в широком диапазоне температур» давлений и концентраций. На основе полученных экспериментальных данных для жидкой фазы диоксида азота составлены таблицы, вошедшие в комплекс таблиц рекомендуемых справочных данных по теплофизическим свойствам диоксида азота, аттестованных во ВНИЦ ГСССД в 1981 г. (рег.№ ГСССД P28-8I), С использованием основного массива представляемых результатов разработаны таблицы рекомендуемых справочных данных по вязкости жидкой фазы диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота, аттестованные во ВНИЦ ГСССД в 1989 г. (рег,№ ГСССД P3.5I-89) /10/.

Работа выполнена в соответствии с координационными планами научно-исследовательских работ АН БССР в области естественных наук: на 1975-85 гг. - по разделу 1.9.7 "Теплофизика" (» гос.регистрации 76034186, 81022181}, на 1986-88 гг. -'по раз^Л.9.1 "Теплофизика и теплоэнергетика" (№ гос.реГ. 0186,0062419), а также по договорам с НШ ГИПХ (№ гоо.per.0187.0096422) ив рамках комплексной программы Госстандарта на I987-I99I гг. (раздел 01.01.04,31),

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались 'на У Всесоюзной конференции "Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела АЗС" (Минск,1981), на ХУ1 конференции молодых исследователей ИГФ СО АН СССР (Новосибирск, I9S3), на УШ Всесоюзной конференции "Теплофи-эические свойства веществ"(Новосибирск, 1988 г.), на ежегодных совещаниях Рабочей группы по теплофизическим свойствам окислов азо-

та Советской комиссии Ц/РЛС (Минск, ИЯЭ АН БССР) в период о 1982 по 1991 гг. - 1

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать работ /1-П/.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа ооотоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Общий объем работы - 171 стр., из которых 72 страницы основного машинописного текста. Диссертация содержит 18 таблиц, 12 рисунков, список литературы из 101 наименования и 12 таблиц приложения на 56 страницах.

. (ЗДЕНКАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы» указаны диапазоны параметров исследования, показана практическая значимость представляемых результатов,

В. первой главе рассмотрено состояние изученности вязкости диоксида азота и' растворов диоксид азота-ок<?ид азота и, исходя из этого, поставлена задача исследования. В этой же главе обоснован выбор метода исследования, дано описание экспериментальной установки, а также порядок; проведения опытов и методика обработки экспериментальных данных. ' •

С учетом накопленного в ИЯЭ АН БССР опыта, исследование проведено методом падающего груза на модернизированной экспериментальной установке. Модернизация экспериментальной установки была необходима по двум причинам. Во-первых, ранее она использовалась для исследования вязкости газов, а предстояло изучать жидкости* Во-вторых, требовалось исследовать растворы различных концентраций, контролируя их состав в ходе опытов.

Поскольку вязкость жидкой фазы вещества отличается от газовой на один-два порядка, в соответствии о этим изменяется и скорость па-

дения цилиндрического груза в калиброванной трубе. Поэтому исполь-" зовались грузы других диаметров цилиндрической части с усовершенствованной системой их центровки. Кроме того, для измерения времени падения груза применен новый прибор,ГРП-2-1, что потребовало изменения системы коллимации.

Для контроля состава вещества в ходе экспериментов по исследованию вязкости создана система отбора проб из рабочего участка вискозиметра при параметрах опыта, обеспечивающая представительность пробы. Изменена также схема технологического контура установки,включая введение в нее электроконтактного манометра собственной конструкции. Усовершенствованы систеглы электромагнитного захвата груза, регулировки и контроля вертикальности установки. С целью улучшения геометрии рабочего участка выполнена роликовая раскатка калиброванной трубы вискозиметра. Заменены отдельные элементы регулятора температуры. Для' очистки исследуемых веществ от механических примесей в технологическую схему введен фильтр Шотта.

Принципиальная схема экспериментальной установки приведена на рисунке. Технологический контур вискозиметра.герметичен, объем загружаемого исследуемого вещества составляет«' 1,2 л..Основные узлы рабочего участка изготовлены из нержавеющей стали марки Х16НЮТ. В калиброванной трубе 3 длиной 1 и о внутренним диаметром-^30,2 мм, расположенной в камере высокого,давления 4,,под действием собственного веса перемещается цилиндрический груз 2 с центрирующими выступами в верхней и нижней части. Вращение груза вокруг своей оси при движении, обеспечиваемое благодаря особой конструкции груза, улучшает концентричность и уменьшает разброс времени падения. В зависимости от фазы исследуемого вещества, его свойств (вязкости и плотности) и диапазона параметров исследования используются грузы различных диаметров цилиндрической части.

Рис. - Принципиальная схема пкзкопиметра: I - фланец 9 электромагнитным захватом -цилиндрический груз о радиоактивным источником; 3 - калиброванная труба; & - камера высокого давления; б - многоступенчатый редуктор; 6 - спиральная непалка? 7 - ¡шдкостный термостат; 8 - теплоизоляционный кокух} 9 - опорная рама} 10 - вытеснитель! II - капилляр для отбора, проб: 12 - съемный пробоотборник! 13 - поворотная оадьняк; Вх-ш - вет,гти{ ВШ,ВП2-вентиля пробоотборника: Д - реверс ИЕКьтйдгшгагсль; Й1-К4 -секции нагревателя} Ш - измерительный «аноыатр; ЫТ - манометр термостата} ЗИМ- ояоктроконтактный манометр; -измайитйльная термопара; _ - регулирующие тсрыо-

-пары; 2Ш - фильтр Шотта; ЗЕ -разогреваемая загрузочная емкость ■

Камера высокого давления размещена в герметичном жидкостном" термостате 7 объемом«" 21 д, температура которого выеодится на заданную . величину и затем поддерживается на этом уровне четырехсек-ционным электрическим нагревателем R-f — Rh . Термостат.окружен теп-г лоизоляционным кожухом.8. Для возврата груза в исходное положение после измерения вискозиметр периодически по сигналам программного реле времени поворачивается на 180° вокруг горизонтальной оси. Вращение вискозиметра осуществляется реверсизным электродвигателем с редуктором 5, которое завершается с фиксированием вертикального положения оси калиброванной трубн.

Время падения груза измеряется с использованием источника гамма-излучения кобальт-60, герметично заваренного в ампулу из нержавеющей стали и ввинчиваемого в никнюга часть груза. Электромагнитным захватом I груз удерживается в верхней части трубьт до_ тех пор, пока вискозиметр не прилет вертикальное положение. Измерение времени падения производится при стабилизировавшейся скорости течения в кольцевом вазоре на участке 0,415 м в средней части калиброванной трубы. Система отбора проб из рабочего.участка в процессе эксперимента обеспечивает представительность пробы для • анализа состава при исследованиях растворов, >

Перед экспериментами на исследуемом вёществе проводятся гра-дуировочные опыты на одном или нескольких,веществах с хорошо изученными свойствами (вязкостью й плотностш). По результатам градуи-ровочннх опытов' находятся коэффициенты зависимости-, учитывающей изменение поправки, связанной с потерей 'перепада давления на мёст-пме сопротивления, от критерия Рейнольдса:

где ^ - вязкость, мкПа.с} Л - постоянныйлгозффициент; Т -бремя падения груза, с; £ и у>0 - плотности исследуемого вещества и материала груза, кг/м3; р - коэффициент? линейного расширения материала калиброванной трубы и груза (стали марки Х18НЮТ), К'1 ; АТ= (Т-%)- разность температуры' исследования.и комнатной температуры ( Т-*- К , 7Ц ~ ; В ■ -■ величина, пропорциональная коэффициенту потерь на местные сопротивления. Величина В , определяемая геометрией рабочего участка, является функцией от числа Рей-нольдба. В общем-случае зависимость Б = може.т быть.разложена в ряд по 'степеням числа' Рейнольдса или величины, обратной ему. Вид функции б * и количество слагаемых при разложении в ряд выби-.рается в каждом конкретном случае, исходя из результатов градуировоч-ных опытов' и диапазона режимов течения при измеряемых параметрах -исследования..Определяющим критерием, как правило, является наименьшее среднеквадратическое отклонение опытных величин вязкости градуи-ровсчных веществ от использовавшихся литературных данных.

После нахождения методом наименьших квадратов коэффициентов з&вискмойти (I),- то'есть определения'рабочей формулы для расчета экспериментальных значений вязкости, проводятся опыты на иссле,дуемом веществе. Необходимым являемся соблюдение' условия гидродинамического, подобия: диапазон чисел Рейнольдса, соответствующий режимам течения при измерениях на исследуемом веществе; должен находиться'^ пределах диапазона чисел Рейнольдса градировочных опытов. Часто имеет смысл найти Несколько наборов' коэффициентов'зависимости (I), разбив-диапазон исследования, по числам Рейнольдса.

Во второй главе описаны опыты по градуировке вискозиметра и по исследованию вязкост!! жидкой фазы диоксида азота, выполнено сравнение полученных результатов с имеющимися в литературе данными.

В качестве градуировочного вещества использовалась дистнлли-

рованная вода, свойства которой хорошо изучены, а вязкость имеет " крутую зависимость от температуры^•что позволяет охватить широкий диапазон режимов течения. Опыты по градуировке вискозиметра выполнялись в диапазоне температур от 320 до 665 К.

Экспериментальное исследование, результаты которого представляются в настоящей работе, проводилось в течение длительного периода времени, и в процесое его была сделана роликовая раскатка калиброванной трубы, заменена система измерения времени падения. В опытах использовались два груза различного диаметра цилиндрической части, по мере износа центрирующих выступов на грузах наваривались и обрабатывались новые* По изложенным причинам в ходе исследования неоднократно возникала необходимость новой градуировки. При выполнении представляемой работы было проведено семь серий Градуировоч-ных опытов, которые в диссертации для удобства изложения (р порядке их проведения) обозначены Г1, Г2....Г7, В сериях Г1, (Г4-Г7) попользовался груз диаметром цилиндрической части (29,72+0,02) мм, в сериях Г2 и ГЗ - диаметром (29*895+0,005) мм (при диаметре калиброванной трубы 30,19 мм).

Коэффициенты.рабочей формулы (I), определенные по представленным в приложении результатам каждой из серий градуировочных опытов,

приведены в соответствующих таблицах диссертации. Например, для се. i

рии Г6, после которой исследовалась жидкая фаза раствора диоксид i азота-оксид азота с массовой долей оксида азота 0,15, величина В в (I) представлена в виде 6» • Значения коэффициен-

тов здесь определены для двух диапазонов .чисел Рейнольдса: до 960 (рму соответствуют экспериментальные значения вязкости более 200 мкПа.с) и свыше 960 (менее 200 мкПа.с). Для первого диапазона -Я =6,8838} 80 -2,0218} В1 =-3,7379. Для второго - Л «6,3320} В0 =0,80618; В, =0.

Диоксид азота перед экспериментами по исследованию вязкости очищался от технологических примесей посредством перегонки на лабораторной ректификационной колонне, Содержание азотной кислоты в . очищенном веществе, как правило, не превышало 0,10-0,15 жо.%. За-

N ' '

полнение подготовленного отвакуумированного технологического контура вискозиметра осуществлялось из разогреваемой загрузочной емкости через фильтр Шотта. Опыты по измерению вязкости жидкой фазы диоксида- азота проводились по изотермам, начиная с низких температур. За счет разогрева рабочего участка вискозиметра давление в технологическом контуре росло - таким способом осуществлялся выход на максимальное давление. Избыточное количество жидкости по мере • . роста давления малыми порциями выпускалось в загрузочную емкость. Таким же способом производился переход с одного давления на другое на изотерме (величина выпускаемой порции жидкости определялась по показанию манометра). '

Вязкость жидкой фазы диоксида азота исследована в шести сериях опытов, которые по аналогии о градуировочными сериями обозна-' чены Д1, Д2,.,.,Д5. Все экспериментальные данные приведены в приложении к диссертации. Измерения выполнены в диапазоне давлений от близких к линии насыщения до 14 МЛа. В первой серии опытов (Д1), включающей 48 экспериментальных точек, вязкость исследована на изотермах 305,320,340,360 и 380 К; во второй серии (Д2) - на изотермах 320,360,380,390,395,400,405,410,415,420 и 42SK (80 эксп.точек); в третьей серии (ДЗ) - на изотермах 400,410,420 и 425 К ($6 эксп. точек).

В последующих сериях опытов, Д4-Д6, включающих 61 экспериментальную точку, проведено исследование вязкости жидкой фазы диоксида азота в области температур 277-300 К. В этих сериях такке ' изучался вопрос, представляющий самостоятельный практический интерес, - о влиянии на вязкость содержания небольших количеств азот-

ной Кислоты. § серии Д4 исследовался диоксид азота с концентрацией азотной кислоты 0,4 мае..в серии Д5 - 0,6 мас.%, Дб - 0,2 ыас.%, Эти опыты показали, что расхождение экспериментальных значений вязкости с различным содержанием азотной кислоты в указанных пределах, хотя и имеет систематический характер;•не выходит да пределы погрешности экспериментальных данных.

Сравнение полученных в настоящей работе значений вязкости'жидкой фазы диоксида азота'О-данными работы Рихтера, Римера и Сейджа ( САет,,1953 ), полученными методом катящегося 'шара,

показало, что если в области низких-температур они согласуются в пределах разброса, результатов их работы,, то с ростом .температуры •. различив увеличивается, приобретая систематический характер. На."' чиная с температура 340 К, наши данные выше; прй температуре 410,9 К различие достигает 75-98%. Исходя из критического анализа работы Рихтера, Римера и СеЙджа, выполненного на основе текста.их публикации, сделан вывод,-что причиной занижения результатов работы этих авторов, вероятно, является нарушение условия гидродинамического, подобия: диапазон режимов течения-при исследовании вязкости диоксида' азота в Несколько раз шире, чем в градуировочных опытах.

•, В третьей главе, описаны, опыты по исследованию вязкости жидкой фазы растворов'диоксид азота-оксид азота, включая методику их приготовления и контроля, состава в ходе экспериментов, выполнено сравнение полученных результатов .с тлеющимися в литературе данными, оценена погрешность экспериментальных значений вязкости. .

Для. приготовления раствора диоксид азота-оксид азота определенной концентрации в очищенный на лабораторной ректификационной колонне диоксид азота порциями, вводился растворяемый.в нем оксид -азота, который получали посредством"химической реакции диоксида азота с^водой и очищали/от технологических примесей, Для получения оксида авота лспольэовалась очищенная от воздуха дистиллирован-

ная вода. Концентрация оксида азота в растворе определялась методом газовой хроматографии, Использовалась методика хроматосрафиче-ского анализа, предложенная и развитая в ИЯЭ АН БССР.

Контроль компонентного состава исследуемых- жидкостей выполнялся на, протяжении всех' опытов по измерению вязкости растворов. С этой целью'была'Создана система отбора проб из рабочего участка вискозиметра, позволяющая делать представительные отборы при всех режимах исследования. Постоянство концентраций оксида азота з каждой из серий опытов, подтвержденное результатами анализов, достигалось благодаря "однофазности переходов" на всех этапах исследования.

Проведено семь серий опытов по исследованию вязкости жидкой фазы растворов N02- N0 , которые аналогично опытам по градуировке и по исследованию диоксида азота, обозначены в порядке их выполнения Р1,Р2,...,F7. Опыты выполнены в диапазоне'давлений от близких к лижям кипения до 14 МПа, все результаты приведены в приложении. Диапазоны исследованных температур и количество экспериментальных точек в каждой из серий, приведены в табл.1.

Таблица I

№ серии ¡Концентрация ¡Диапазон тем- ¡Количество ¡Содержание H/VOi ■ !/VQ,мае.долей¡ператур, К !зксп.точек ¡(не более), ! _J_ I_ ¡мае, до лей

PI/P2 0,18/0,15 320-350/288,5-410' .25/116 0,005/0,005

РЗ/Р4 ' 0,055/0,090 300-410/301-400' 44/30 : 0,003/0,001 .

P5/PG 0,19/0,31 ' 299-362/299-362 20/15 .0,007/0,007

Р7 0,23 . 299-362 ' 16 0,007

Сопоставление полученных данных с величинами вязкости единственной имеющейся в литературе работы по исследований вязкости хид- . кой фазы растворов AI0t-N0 показало, что результатыстако расходятся. Эта работа выполнена теми же авторами и тем s¡e методом,катящегося пара,что и по вязкости жидкой фазы диоксида азота,результат!*

Х6

которой, что рассматривалось в предыдущей главе, существенно от- . личаются от полученных нами. Для растворов только при температурах ниже 310 К можно сказать, что результаты работ удовлетворительно согласуются между собой, Различие также возрастает с ростом температуры (наши данные выше), причем намного больше, чем для диоксида азота (например, для раствора с концентрацией оксида азота 0,15 мае.долей максимальное различие - при температуре 410,9 К и давлении 10,3 МПа - в 5,5 раз!). Показано, что даже и такое большое расхождение результатов могло быть вызвано только той же методической ошибкой в работе этих авторов» как и в случае с диоксидом азота, -нарушением условия гидродинамического подобия, так как градуировка была выполнена тем же способом, а диапазон режимов течения при ра-. боте с растворами - существенно шире. Следует отметить, что в наших опытах условие гидродинамического подобия всегда соблюдалось.

Последний раздел третьей главы.посвящен оценке погрешности '. экспериментальных значений вязкости. На основе вычислений, выполненных для нескольких экспериментальных точек, сделан вывод, что : максимальная погрешность экспериментальных значений вязкости жидкой фазы растворов' диоксид азота-оксид азота при температурах до 390 К (с надежностью 0,95) не превышает З/о, а при температурах (390-410 К) - 4,5?ь; жидкой фазы диоксида азота при температурах до 400 К - 2,5$, при (400-425) К - 4%. . .

В четвертой главе проведен анадаз полученных результатов, выполнено их обобщение» Здесь обоснована достоверность представляемых результатов, которая, в частности, подтверждается контрольными опытами на гексане и пентане. Обсуждается характер влияния оксида : азота на вязкость жидкой фааы диоксида азота, Выполнено аналитичо- : ,ское об9бщение экспериментальных данных и представляются таблицы : I1 рекомендуемых значений вязкости жидкой фазы диоксида,азота и раст-• воров дирксид авота-оксид азота, составленные на основе обобщающих

Г7 4

зависимостей. В этой главе представлена также вязкость диоксида азота и растворов диоксид аэота-оксид азота при параметрах фазовых переходов, даны рекомендации по использованию обобщенных результатов.

В данной работе все измерения производились поверенными приборами;. выполнена метрологическая аттестация экспериментальной уста- -новки. В процессе всех серий опытов отдельные экспериментальные точки повторялись для контроля воспроизводимости. Для уменьшения случайной погрешности при определении каждой экспериментальной точки выполнялись многократные количества измерений времени падения груза (от 10 до 40 в зависимости от разброса).

Достоверность представляемых результатов подтверждена обработкой отдельных серий опытов по другой методике, а также контрольными опытами на гексане и пентане. На основе этих опытов рассмотрено поведение коэффициента сопротивления кольцевого зазора вискозиметра, что является одним из способов определения режима течения. При ре?...гмах течения, соответствовавших опытам на исследованных веществах, коэффициент'сопротивления изменяется по закону Гагена-Пуазейля (что соответствует ламинарному режиму), а Полученные .на гексане и пентане значения вязкости хорошо согласуются с имеющимися в литературе данными.

Обсуждается влияние оксида азота на вязкость жидкой фазы ди-.оксида азота, имеющее сложный характер: при низких температурах вязкость раствора вышел чем диоксида азота; с ростом температуры различие уменьшается, и при 340-370 К практически отсутствует; затем вязкость раствора становится ниже, чем диоксида азота, различив увеличивается с ростом температуры, Такой характер зависимости объясняется тем, что в исследованном растворе происходят три химические реакции и, соответственно, при различных параметрах он имеет разный компонентный состав. ДанныР вопрос подробно рассматривается в диссертации, дается качественное объяснение характера зависимости вязкости на основе результатов расчета компон«?!Ггного сос-

тава раствора, выполненного Д.М.Клепацким и Т.Ф.Шкарупой.

Экспериментальные данные по вязкости жидкой фазы диоксида азота в диапазоне температур 277-425 К и давлений 0,3-14 МПа аппроксимированы полиномом

/«»¿¿Ла-ттУ. &

где р - мкПа.С} Т~ К } р - МПа, Среднеквадратическое отклонение экспериментальных значений вязкости от сглаженных составляет .1,2$, Коэффициенты полинома (2) соответственно.равны: , .Й00 =-143117,45; До«=3037,8804; Л» =-25,625128; $^0,11X96548; iЦ0 =-0,26950148. Ю-3} =0,34039785Л О"6; Д-0 =-0,17678746. Ю-9; Д,,-=24340,098} =-429,93X30; Л?) =3,1565240; «-0,12329142.. • КГ1; Лм =0,27022128Лр-4; —0,31512501.1СГ7| « ; =0,15277710 .ИГ10, .

Экспериментальные дачные по вязкости жидкой фазы растворов диоксид азота-оксид азота в диапазоне температур 290-410 К, давлений 0,5-14 МПа и концентраций оксида азота до 0,15 мае,долей аппроксимированы полиномом .■'".'

где - вязкость жидкой фазы диоксида азота, раосчитанная по полиному (2) 5 Т-К } р - МПа; с - мае.доли. Среднеквадратическое отклонение экспериментальных значений вязкости от сгла-кенных составляет 1,1$. Коэффициенты полинома (3) соответственно равны: 8М»-5330,103} в,„ «7804,993; 8„ =-4544,384; =13X4,900; ^ев-189,02Ш; , е10|79Ж8; Вм «190,2292; 6„ =-283,8712} вг°«168,6783; В,,»-49,86537} Д., =7,^30685; =-0,428551.'

Экспериментальные данные по вязкости жидкой фаэы растворов диоксид азота-оксид азота при концентрациях оксида азота до 0,31 мае,доли, давлениях до 14 МПа и температурах до 360 К обобщены тео-

I

ретически обосновании,! уравнением, допускающим экстраполяцию в области более низких температур и более высоких давлений:

Л = ВС'ТС*р ( Ус?С/Г) , <4>

где ^ - Па.с, Т- К, у -кг/м3. Величины вс , Ыс и рассчитываются по соотношениям, приведенным в /II/, СКО аппроксимации 1,9%.

В приложении приводятся таблицы рекомендуемых значений вязкости, составленные на основе обобщающих уравнений (2)-(4), которые даны с небольшим шагом по всем параметрам (Т , р , С }, допускающим линейную интерполяцию по каждому из них: жидкой фазы А/03 в диапазоне температур 280-425 К и давлений 0,1-14 МПа (а)} жидкой фазы растворов /У0г - Л/0 при массовых долях А/0 до 0,15 в диапазоне Т - 290410 Кир- 0,5-14 МПа Сб); жидкой фазы растворов Л/0г-Л/0 при массовых долях Л/0 до 0,30 в диапазоне Т - 280-360 Кир- 0,5-, . 20 МПа (в). Таблицы (а) и (б) опубликованы в /10/, табл.(в) - в /II/. Таблица 2, приведенная в автореферате - сокращенный вариант табл.(б).

Отдельный раздел четвертой главы посвящен вязкости исследованных веществ при параметрах фазовых переходов, .

Обобщающие зависимости и таблицы рекомендуемых значений вязкости, приведенные в работе, охватываю1? перекрывающиеся диапазоны параметров. Для удобства потребителей отдельный раздел главы посвящен рекомендациям по использованию представляемых обобщенных результатов, где описано, в каких случаях целесообразнее выбирать ту или иную таблицу (уравнение). С этой же целью обобщающие зависимости по вязкости растворов в тех же диапазонах температур и концентраций экстраполированы на линии кипения и приведены в виде отдельннх таблиц. При экстраполяции использовались параметры фазовых переходов, определенные А.Ж.ГребУнькоЕЫм.

В заключении сформулированы основные выводы диссертации.

В приложении приводятся основные таблицы: результатов.трассировочных опытов и экспериментов по исследованию вязкости жидкой фазы диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота; примеров результатов анализов состава растворов и времени падения груза; результатов контрольных опытов на гексане и пентане; сглаженных значений вязкости исследованных веществ - как в широких диапазонах температур и давлений, так и на линиях кипения. Представлены доку- -менты, подтверждающие внедрение результатов работы.

основные вывода

1. Выполнена модернизация вискозиметра, реализующего метод падающего груза. Создана система отбора проб из рабочего участка при параметрах опыта. Разработана методика поддержания постоянной концентрации раствора в установке на протяжении серии экспериментов. На основании опытов на гексане и пентане показана возможность расширения рабочего диапазона чисел Рейнольдса в кольцевом зазоре, вискозиметра по сравнению с предыдущими исследованиями

2. Проведено экспериментальное исследование вязкости жидкой фазы диоксида азота в диапазоне температур 277-425 К и давлений

от близких к линии насыщения до 14 МПа, Погрешность экспериментальных значений вязкости при температурах до 400 К не превышает 2,5%, при температурах (400-425) К - 4%. Основной массив полученных ре-, зультатов использован при разработке аттестованных в 1981 г. во . ВНЩ ГСССД таблиц рекомендуемых справочных данных по теплофизиче-ским свойствам диоксида азота (per, № ГСССД Р 28-81).

3. Проведено экспериментальное исследование, вязкости жидкой фазы растворов диоксид азота-оксид азота в диапазоне давлений от близких к линиям кипения до 14 МПа;.Опыты выполнены при семи кон-, центрациях оксида спот?г 0,18 мае.долей,- в диапазоне температур 320-350 К; 0,15 мае.долей - 288,5-410 К; 0,055 - 300-410 К; 0,090

- 300-400 К; при концентрациях оксида азота 0,19; 0,31 и 0,23 мае. доли - в диапазоне.температур 300-360 К, Погрешность экспериментальных значений вязкости при температурах до 390 К не превышает 3%, при температурах (390-4ЮЖ - 4,5?,

4. Экспериментальные Данные по вязкости жидкой фазы диоксида азота при температурах свыше 410 К и жидкой фазы растворов диоксид азота-огссид азота при концентрациях оксида азота свыше 0,2 мае.долей получены впервые. Представляемые результаты для диоксида азота в диапазоне температур 300-410 К и для растворов при концентрациях оксида азота менее 0,2 мае.долей существенно исправляют значения вязкости, полученные при исследованных параметрах единственным коллективом авторов методом катящегося шара, 1Ь диоксиду азота различие достигает 99%, а по растворам данные расходятся в несколько (максимальная разница - в 5,5) раз.

5. Экспериментальные данные по вязкости жидкой фазы диокс.хда азота и растворов диоксид азота-оксид азота в исследованных диапазонах параметров обобщены взаимосогласованными аналитическими зависимостями, удобными для инженерных расчетов. Составлены подробные таблицы рекомендуемых значений вязкости,

6. Выполнено обобщение вязкости диоксида азота на линии на-"1 сыщения со стороны жидкости и пара, а также вязкости растворов диоксид азота-оксид.азота-на линиях кипения. .

7. Представляемые таблицы по вязкости жидкой фазы диоксида азота и растворов диоксид азота-оксид азота в диапазоне температур 280-425 К, давлений 0,1-14 МПа и массовых долей оксида азота 0-0,15, аттестованы во ВНЙЦ ГССОД на категорию рекомендуемых справочных данных (per. ГСССД Р 351-89) /10/.

Таблица 2

Вязкость жидкой фазы растворов диоксид азота -оксид азота, мкПа«с

МЙаГ Мае .доля оксида азота Р, ! МЯа. ! Мае.; цоля оксида азота

0,00 ! 0,05 ! 0,10 ! 0,15 0,00 ! 0,05! 0,10 ! 0,15

Т=290 К 6 266 269 271 274

I 428 439 449 459 10 274 277 273 281

2 431 441 . 452 ' 462 14 282 285 287 289

6 440 451 463 474 Т=350 К

10 450 462 474 486 ' ' 2 231 234 237 • 240

14 459 472 485 498 6 240 242 244 247

Т=300 К 10 248 230 252 254

I 382 391 399 407 14 255 258 260 262.

2 384' , 3'93 401 410 Т=360 К

6 394 403 412 421 2 , 207 .209 211 -

10 403 413 422 . 431 6 215 217 219 221

14 413 422 432 ' 442 10 223 225 226 228

т=зю к 14 231 233 234 235.

I 344 350 356 362 Т=370 К

2 347 353 359 365 6 ' 192 193' 194 195

6 356, • 362 368 • 374 10 200 201 ..202 203 '

10 365 372 378 . 384 14 , 208 209 210 ' 210

14 374 381 38& ' 394 Т=380 К •

Т=320 К ,6 171 170 169 . 169

I 312 .316 320 324 ' 10 179 179 178. 178

2 314 318 322 326 14 188 187 187 186

б 323 327 331 335 Т=390 К

10 332 337 341 345 ' 6 '152 149 146 143

14 341 ■ 346 350 354 10 160 158 155 153

Г=330 К ' 14 169 167 165 163

I 283 286 ?8Э 292. Т=400 К

2 285 288 291 . 294 6 133 128 - —

6 • 293 297 300. 303 ■ Ю 143 138 133 ■ 128

10 • 303 305 . 308 311 14 152 ' 148 143 139

14 311 314 317 3X9 МО К ..

Т--240 К 6 - 112 • - .. -

I 255' 258 - V /" • - , 10 123 116 109 102

2" 257 260 263; 266 1 14 134 127 121 115

Основное содержание диссертационной работы изложено в сле-

ующих публикациях: .

. Беляева О.В., Тимофеев Б.Д., Шупаев В.Н. Экспериментальное исследование вязкости жидкой четырехокиси азота // Весц1 АН БССР. Сер.©Н. - 1980. - М. - С.78-81.

. Беляева О.В., Шупаев В.Н. Вязкость раствора /V¿О^-А/О в жидкой фазе // Тезисы докладов У Всесоюзной конференции "Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела АЭС". - Минск, 1981. - С.50.

. Беляева О.В., Шупаев В.Н. О вязкости раствора Í\fz04-N0 в жидкой фазе // Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела АЭС. - Минск: ИТМО АН БССР, 1982. - 4.2. - C.II0-II3.

. Вязкость жидкой четырехокиси азота / Беляева О.В., Тимофеев Б.Д, Шпиганович В.А., Шупаев В.Н. // Весц1 АН БССР. Сер.ЗЭН. - 1985. - - С.87-90.

. Экспериментальное исследование вязкости раствора диоксид азота-оксид азота в жидкой фазе с массовой долей оксида азота 0,15/ Беляева О.В., Тимофеев Б.Д., Шпиганович В.А., Шупаев В.Н. - М., 1985. - 10 с. - Деп.в ВИНИТИ 13.06.85, MI46-85 Деп. - Аннотация в жури. Весц1 АН БССР. Сер.ЗОН. - 1986. - ;Я. - С.122.

. Беляева О.В., Тимофеев Б.Д., Шупаев В.Н; Вязкость раствора диоксид азота-оксид азота в жидкой фазе с MaecoFoft долей оксида азота до 0,2// Becul АН БССР. Сер.Ш. -1987. -,72. -С.69-72.

. Экспериментальное исследование вязкости раствора диоксид азо-та-оксид азота в жидкой и газовой фазах / Беляева О.В., Казазян В.И., Тимофеев Б.Д., Шупаев В.Н. // Тезисы докладов УП Всесоюзной конференции по теплофкзическим свойствам веществ. - Новосибирск, 1988. - 4.1. - C.I54.

. Беляева О.В., Казазян B.IÍ., Пупзез В.Н. Вязкость пиокоида азота и раствора его с оксидом азота при параметрах флэопого переход*

; жидкость-пар. - M., 1989. - Деп. в ВИНИТИ 29.12.89, per. »7783 -В89. - Аннотация в журн.Весц1 АН БССР. Сер.©Н. - 1990. - .V-3.

- C.I20.

9. Результаты экспериментального исследования динамической вязкости химически реагирующего раствора диоксид азота-оксид азота в жидкой фазе / Беляева О.В., Казазян В.И., Тимофеев Б.Д., Шупа-ев В.Н. // Теплофизические свойства веществ: Труды УШ Всесоюзной конференции. - Новосибирск, 1989. - 4.1. - С.139-143.

10. Таблицы рекомендуемых справочных данных. Диоксид азота,- Раствор диоксид азота-оксид азота. Вязкость в жидкой фазе при температурах 280-425 К, давлениях 0,1-14 МПа и массовых долях оксида азота 0-0,15 / Беляева 0.3., Казазян В.И., Тимофеев Б.Д., Щупаев В.Н. - М.: ВКИЦ MB Госстандарта, Ï990.- - 27 с. - Деп.вс ВНИИКИ 19.03.1990, per. Г» 618-кк90.

11. Вязкость жидкого раствора диоксид азота-оксид азота при массовых долях оксида азота до 0,3 / Беляева О.В., Каеазян В.И., Стручков В.И., Шупаев В.Н. // Весц1 АН БССР. Cep.äSH. - 1991. -№.'-0.118-123.

Формат_60хВ4. I/I6. Печать офсетная. Уч.изд.л.I. Тирая 150 ока. Заказ 3 от 5.OU. 1993 г.__

Отпечатано на ротапринте ШЭ АН Беларуси. Бесплатно. Минск, по с. Сосш.