ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И РАСТВОРОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ

УДК   536.12.24         

Саидзода М.М.

Технический колледж ТТУ имени академик М. Осими

Для измерения теплопроводности растворов используются как ста-ционарные методы, так и методы, рассмотренные в работах [5 – 9, 14]. Стационарные методы обладают определенными недостатками, главные из которых - большая продолжительность опыта и сложность экспериментальной установки. При исследовании большого класса веществ в широком диапазоне температур при различных условиях использование стационарных методов неэффективно.

Наиболее эффективными и скоростными являются методы, основанные на закономерностях нестационарного теплового поля.

Цель статьи:разработка экспериментальной установки для измерения теплопроводности жидкостей и растворов при различных давлениях и температурах.

Для методов регулярного режима первого рода не требуется сложных экспериментальных установок. Они являются скоростными и дают с достаточной измерять теплопроводность Для теплопроводности растворов методом регулярного теплового нами собрана установка. Разработанная группой исследователей из Таджикистана экспериментальная установка по цилиндрического регулярного теплового режима первого рода для ния теплопроводности растворов в зависимости от температуры и давления  показана на рис. 1.             

Установка, в основном, из цилиндрического пережимного сосуда высокого 13, грузопоршневого МП-2500 16, приборов и теплофизического комплекса АТК 22. Бикалориметр состоит из двух расположенных медных цлиндров –внутреннего 2 и 1, зазор которыми заполн исследуемой жидкостью. цилиндр (ядро состоит из 2 и компенсационных 3 цилиндров, позволяющих ликвидировать передачу через верхний конец измерительного цилиндра. Выбор меди в качестве материала для изготовления внутренних цилиндров из меди обусловливается ее высокой исключающей неравномерное температур в теле а также хорошей изученностью ее ТФС. Основные геометрические размеры бикалориметра следующие: ный и диаметры внешнего , соответственно, 110 и 18,1 мм, диаметр внутреннего дра (измерительного и ционного) 17,0 мм, измерительного цилиндра мм, компенсационного – 50 мм. Толщина слоя составляет 0,55 мм.

Рисунок 1. Схема экспериментальной для измерения теплопро-водности растворов в от температуры и 1 – внешний цилиндр; 2 – измерительный цилиндр; 3 – компенсационный цилиндр; 4 – ниппель; 5 – нижний конус; 6 – фланец; 7, 11 – термопары; 8 – конусное уплотнение верхней головки; 9 – гайка; 10, 12 – электропечь; 13 – прижимной сосуд; 14 –полиэтиленовый мешочек; 15 – глицерин; 16 – грузопоршневой манометр типа МП – 2500, 17, 19 – вентили; 18 – стакан

Figure 1. Schematic diagram of the experimental setup for measuring the thermal conductivity of solutions depending on temperature and pressure. 1 - outer cylinder; 2 - measuring cylinder; 3 - compensation cylinder; 4 - nipple; 5 - lower cone; 6 - flange; 7, 11 - thermocouples; 8 - conical seal of the upper head; 9 - nut; 10, 12 - electric furnace; 13 - pressure vessel; 14 - polyethylene bag; 15 - glycerin; 16 - piston manometer type MP - 2500, 17, 19 - valves; 18 – glass

измерительным и внутренним цилиндрами вставленный на соединяющий их 4 из нержавеющей стали. компенсационный цилиндр, на резьбе, соединен с центрирующим 8 из стали, уплотненным в внешнего цилиндра с прижимной гайки 9. нижний уплотняющий из нержавеющей 5, который к корпусу фланцем 6, прибор исследуемой жидкостью. цилиндр 1 имеет отверстия для концов термопары 7, 11. Конусное уплотнение головки 8, на держатся внутренние позволило центрировать внутренние измерительные и цилиндры во цилиндре 1. имеет отверстие для проводов. Нагреватель и горячий спай термопары 11 находятся в бикалориметре при давлении и полностью от исследуемой Для создания перепада температур на границах исследуемого слоя используется внутренний нагреватель из проволоки диаметром 0,15 мм, вмонтированный в измерительный цилиндр, который питается от сети понижающий трансформатор. высверленные в измерительном цилиндре для размещения нагревателя и спая измерительной имеют минимальные чтобы наличие их не существенно влиять на равномерность температурного поля Для исключения контакта термопара и нагреватель изолированы от бикалориметра с стеклоткани, клеем БФ-2. температур на исследуемого слоя (1,31 – 0,65) К. Толщина слоя и величина перепада температур на исследуемого слоя с расчетом, чтобы в отсутствовала конвекция.

Центровка цилиндров микроскопом типа . Величина между внешними и цилиндрами определялась методами: непосредственным диаметра цилиндров и микроскопом. Микрометром, цена которого 0,01 мм, диаметр внутреннего в трех симметричных местах как по цилиндра, так и по его Внутренний диаметр наружного цилиндра измерялся индикатором часового типа (индикатор - нутромер), цена деления шкалы составляет 0,01 мм. Для потери тепла поверхность цилиндров была выполнена белой и хромированной. Во опытов прибор вертикально. Для измерения теплопроводности при и высоких температурах прибор снабжен электропечью, состоящей из трех (10, 13, 14). имеет цилиндрическую форму с наружным диаметром 180 мм и – 110 мм. На поверхности этой печи электронагреватель в виде из нихромовой диаметром 1 мм. В изоляции использован асбест. изготовленная таким способствует быстрому повышению температуры метра. Электропечь с внешней и с изолирована. Питание осуществляется через напряжения на частях. Напряжение вольтметром. температурного градиента по бикалориметра контролируется дифференциальными термопарами с типа ГСП-47.

Пережимной сосуд высокого ния (13) из нержавеющей стали 1Х18Н9Т. Размеры пережимного сосуда внешний и диаметр, соответственно, 100 и 28 мм, 300 мм. Коммуникации основных установки производились трубками высокого с внешним и диаметрами, соответственно, 6 и 3 мм. В пережимном сосуде в разделителя использован полиэтиленовый мешочек 14. на него глицерином 15 и грузопоршневым манометром 16 и манометром типа МО - 600.

нами автоматизированный комплекс (см. рис. 2), который к цилиндрическому [1, 10], предназначен для проведения исследования теплопереноса в неоднородных средах в температур (293 – 773) К. состоит из вычислительного комплекса ПК (1); устройства сопряжения с УСО (2); усилителей с вентиляторов БВ (3); тиристорных регуляторов установки для ТФС и параметров теплопереноса.

Рисунок 2. Блок-схема автоматизированного теплофизического комплекса

Figure 2. Block diagram of the automated thermophysical complex

Технические средства обеспечивают реализацию следующих функций:

сбор и обработка информации о ходе эксперимента;

формирование и на терминал информации о ходе и представление ее в виде;

автоматическое программное исполнительными механизмами и заданных температурных

обмен информацией установкой и машиной по ИРПС.

Минимальная конфигурация позволяет осуществить ввод четырех термопарных , четырех потенциальных (0 - 5) с погрешностью преобразования не 0,1 % и преобразования 150 мкс, формирование и двенадцати дискретных типа «открытый коллектор», управление регулятором до 2 кВт и до 400 Вт.

Для правильности постановки контрольные были проведены с воздухом и Теплопроводность воздуха при давлении измерялась в температур от 293 до 573 К. также проверялась на воспроизводимость полученных по воздуху. С этой теплопроводность воздуха в разное и при различной толщине исследуемого

Экспериментальные значения воздуха для серии измерений приведены на рис. 3 На этом же графике показаны экспериментальные [4, 10]. Как на рис. 3, экспериментальные данные по воздуха хорошо с данными во всем температур. На рис. 4. сопоставлены значения по теплопроводности жидкого в интервале (290 – 544,8) К и давлений (0,098 – 49,01) МПа с работ [6]. Как из рис. 3 и 4, данные по воздуха и в пределах опыта соответствуют приведенным в [6]. Расчеты показали, что общая относительная погрешность данных по теплопроводности при вероятности α = 0,95 не превышает 4,2 % [1, 6].

Убедившись, что качественно и воспроизводит значения воздуха и толуола в от температуры и мы к измерению теплопроводности исследуемых веществ.

На этой нами измерена диэтилового эфира с добавкой УНТ в интервале (293 – 573) К и давлений (0,101 – 49,01) МПа.

Методика теплопроводности растворов при температурах и .

Рисунок 3. Сравнение экспериментальных теплопроводности с данными, приведенными : о – [6, 9]. ; ● – нашиданные Figure 3. Comparison of experimental values ​​of thermal conductivity of air with the data given: o – data[6, 9]; ● – our data	Рисунок 4. Сравнение экспериментальных теплопроводности толуола при температурах и с данными, приведенными в; о – [6, 9]; ● – наши данные Figure 4. Comparison of experimental values ​​of thermal conductivity of toluene at different temperatures and pressures with the data given in; o – data[6, 9]; ● – our data

При закрытом положении вентилей (17) и (19) (см. рис. 1) исследуемый раствор наливается в стакан (18). Затем открываются вентили (17) и (19), и после заполнения бикалориметра исследуемой жидкостью они закрываются. До постановки опыта жидкость, находящаяся в приборе, дегазировалась посредством нагревания до температуры кипения при открытом вентиля высокого давления (19). После подогрева устанавливается стационарное тепловое состояние исследуемого вещества при температуре опыта. Грузопоршневым манометром типа МП-2500 через пережимной сосуд в приборе создается требуемое давление. Затем включается цепь внутреннего электронагревателя, и внутренние цилиндры нагреваются в течение (1,5 – 2) мин на некоторую избыточную температуру (~ 2,5 оС), по сравнению с внешним цилиндром. Затем нагреватель выключается, и происходит самопроизвольное охлаждение внутренних цилиндров через исследуемый слой до равновесного состояния с внешним. При этом измеряется время охлаждения ядра между определенными значениями температур.

Расчетное уравнение для вычисления теплопроводности на основе
данных опыта. Проверка прибора на отсутствие конвекции

Расчетная формула для вычисления теплопроводности, согласно данным опыта, имеет следующий вид: [3-6, 8, 10-12,16]:

 , Вт/(м.К).(1)

Здесь ,

где См, С¹, R₁,  –соответственно общая и удельная теплоемкость, плотность материала измерительного цилиндра; R₂ – внутренний радиус внешнего цилиндра; С – полная теплоемкость исследуемого слоя вещества; m' – темп регулярного охлаждения, который определяется по формуле

 , с-1 ,(2)

где Q₁ и Q₂ – разность температур на границе исследуемого слоя в начале (τ₁) и в конце (τ₂) отсчета времени; N₁ и N₂ – также разность температур, выраженная числом делений шкалы гальванометра. Эти значения в режиме работы фиксируются ПК.

Для исследуемого слоя толщиной 0,55 мм величины, входящие в уравнение (1), имели следующие значения:

Кц= 0,974; Жц = 15,3; Бц = 0,981.

Для толщины исследуемого слоя δ = 0,356 мм расчетная формула (1) имеет вид:

λ = 0,133 С'm.                                      (3)

Для толщины исследуемого слоя δ = 0,556 мм расчетная формула (1) принимается в виде

λ = 0,23 С'm.                                        (4)

При вычислении теплопроводности по уравнению (1) вводится ряд поправок, которые будут рассматриваться отдельно.

При измерении теплопроводности и плотности исследуемых растворов рассчитаны различные поправки, в частности:

       - поправка на расположение спаев дифференциальной термопары;

- поправка на нагрев внешнего цилиндра;

- поправка на изменение геометрических размеров бикалориметра с изменением температуры;

- поправка на изменение геометрических размеров бикалориметра с изменением давления [1, 2];

- поправка на передачу тепла излучением [1];

- поправка на соблюдение граничных условий теории регулярного теплового режима при проведении эксперимента;

- поправка прибора на отсутствие конвекции.

Из этого следует, что в расчетное уравнение нужно внести поправку, характеризирующую изменение геометрических размеров прибора с изменением температуры. Эта поправка имеет следующий вид:

,(5)

Где α – коэффициент линейного расширения металлов внешнего и внутреннего цилиндров; t_изм – температура опыта; 20 °С – температура, при которой производится измерение размеров бикалориметра.

где, α – коэффициент линейного расширения металлов внешнего и внутреннего цилиндров; tизм – температура опыта; 20 °С – температура, при которой производится измерение размеров бикалориметра.

Вычислим изменение геометрических размеров нашего цилиндрического бикалориметра с изменением температуры:

                          .                                          

При температуре 293 К (R2 – R1)/F = 0,0601. Согласно этим данным, поправка составит 0,62 %. Так как цилиндрический бикалориметр при измерении находился под давлением до 49,01 МПа, следует внести поправку на изменение геометрических размеров бикалориметра в зависимости от давления.

Радиальные перемещения внутренней поверхности цилиндра определяются [11] как

                                           .                                                       (6)

Здесь P = 490 · 10⁵ Па; к = r1 / r2 = 9,05/55 = 0,165;

; G = 4,8 · 10¹⁰ Па; E = 1,08 · 10¹¹ Па.

Согласно этим данным, радиальное перемещение у внутренней поверхности цилиндров составит:

.

Т. о., если создать давление 49,01 МПа по отношению к внутренней поверхности полого цилиндра, то его внутренний радиус изменится всего на 0,054 %. При давлении меньше 49,01 МПа изменение незначительно.

При расчете коэффициента теплопроводности следует учесть ту часть теплоты, которая передается излучением. Поправка на теплопроводность λлуч между двумя цилиндрическими поверхностями с радиусами R1 и R2 обусловлена лучистой теплопроводностью и определяется следующим соотношением:

                                               λ_луч = α_луч (R₂ – R₁),                                                            (7)

где _луч – коэффициент теплоотдачи излучением, определяемый по уравнению:

                   _луч = 19,52Т3ε1,2 · 10^-8 = 22,7 Т3ε1,2 · 10^-8 Вт/м²· К,                               (8)

Здесь

                                                                                                                (9)

где F₁ и F₂ – площадь теплоизлучающих поверхностей, ограничивающих слой исследуемого вещества и, соответственно равных, 90,8·10^-4 и 1,33·10^-4 м²; ε₁ и ε₂ – степень черноты поверхности.

Для нашего прибора при температуре Т = 500 К ε₁ = ε₂  0,07.

Тогда

                                                                                  (10)

Теперь вычислим луч при температуре 573 К:

           .                          

Из формулы (2.7) найдем величину λлуч:

                           = 1,83 · 0,36 · 10-3 = 0,66 · 10^-3 Вт/(м·К).

Значение λ газообразного диэтилового эфира при Т = 373 К равно 0,018 Вт/(м·К), λлуч составляет 1,4 % от λ диэтилового эфира. При вычислении коэффициента теплопроводности газообразных исследуемых объектов нами учтена поправка на λлуч.

Полученные в работе [1] ИК-спектры поглощения жидких сложных эфиров (ацетаты и пропионаты) показали, что интенсивность поглощения в большинстве полос превышает 60 %, поэтому рассматриваемые жидкости можно отнести к сильно поглощающим.

При выводе основного расчетного уравнения бикалориметра для вычисления теплопроводности жидкостей и газов предполагалось, что температура окружающей среды во время опыта остается постоянной. Но когда измерения ведутся при высоких температурах и повышенных давлениях, за время проведения опыта будет наблюдаться некоторое её изменение. Изменение температуры окружающей среды или ускоряет, или замедляет процесс охлаждения ядра бикалориметра, что непосредственно оказывает влияние на темп охлаждения. Это явление впервые учтено профессором М.Ф. Казанским [11]. Он применил точное терморегулирующее устройство и регистрировал практически постоянную величину темпа охлаждения. Далее изменял температуру термостата, за время опыта получил изменение темпа охлаждения, установил связь между наблюдением и истинным значением темпа охлаждения следующей эмпирической формулой:

                                               ,                                                        (11)

где ΔθТ, ΔθБ – изменение температуры термостата и бикалориметра за время регистрации темпа охлаждения; К – постоянная величина, равная 6,1 ч ^-1. М.Ф. Казанский показал, что изменение температуры термостата на 0,01 °С влечет за собой ошибку в величине темпа охлаждения на 1 %. И.Ф. Голубевым [7] получена более простая зависимость между истинным и измеряемым значениями темпа охлаждения:

                                        ,                                                  (12)

где N₁ и N₂ – деления шкалы гальванометра; CM и  – полная теплоемкость ядра и внешнего цилиндра, соответственно.

В работе [7] приведено выражение для поправки к темпу охлаждения бикалориметра:

                                              ,                                                         (13)

где Δt – изменение температуры среды за время проведения опыта.

В своих измерениях в цилиндрическом бикалориметре мы воспользовались поправкой (13). При определении теплопроводности жидкости и раствора вопрос исключения конвективного теплообмена является весьма существенным. Влияние конвекции определяется значением произведения критериев Грасгофа и Прандтля (Gr·Pr) [7]. Подробное исследование влияния конвекции на теплопроводность жидкости привело Н. Крауссольда [12] к заключению, что при Gr·Pr ≥ 1000 возникает конвективная передача теплоты.

Отсутствие конвекции в наших измерениях проверялось путем расчета критериев Грасгофа и Прандтля:

                                             ,                                                       (14)

где δ, β – толщина и коэффициент объемного расширения слоя исследуемой жидкости и растворов или газа; g – ускорение силы тяжести; ΔТ – разность температур между нагретой и холодной поверхностями; v – коэффициент кинематической вязкости; ρ – плотность; Ср – удельная теплоемкость при постоянном давлении; λ – теплопроводность [6] (Параметры вязкости и ТФС взяты из справочника).

Р.В. Шингарев [13] при определении теплопроводности природных газов по методу нагретой нити установил, что для цилиндрических зазоров большой кривизны (δ = 0,4 мм) конвективная передача теплоты возникает при Gr·Pr ≥ 2500. Нами было вычислено произведение Gr·Pr для толуола и диэтилового эфира. Для вычисления произведения Gr·Pr исходные данные заимствованы из [6]:

                  Т = 293 К; Р = 0,98 · 105 Па; δ = 0,55 мм; ΔТ = 1,31 К;

               β = 1,38·10-5 1/К; g = 9,81 м/с²; Ср = 1,67 · 103 Дж /(кг·К)

                м / с²; λ = 0,135 Вт/(м·К);

                                          .

Для воздуха при толщине исследуемого слоя δ = 0,36 Gr·Pr = 7,23. Отсутствие конвективного теплообмена в опытах контролировалось измерением при различных значениях перепадов температуры между теплообменивающимися поверхностями. При этом проведенные в тех же условиях опыты продемонстрировали одинаковые величины теплопроводности.

 

Расчет погрешности измерения теплопроводности, температуропроводности, плотности по методу цилиндрического бикалориметра регулярного теплового режима, методи лазерной вспышки и гидростатического взвешивания

При расчете погрешности измерения теплопроводности руководство-вались источниками [1, 5, 7].

Среднее арифметическое значение (выборочное среднее) Х результатов наблюдений определяли по формуле

                                                     = ,                                                              (15)

где n – число наблюдений; Хi – результат i - го измерения.

Абсолютная (S) и относительная (Sотн) величины выборочного квад-ратичного отклонения результата одного наблюдения рассчитывались сле-дующим образом:

                                                                                                (16)

                                                × 100 %.                                                          (17)

Абсолютная ( ) и относительная ( ) оценки величины среднего квадратичного отклонения результата серии наблюдений вычислялись по формулам:

                                                        ,                                                                 (18)

                                                 .                                                          (19)

Доверительная граница случайной погрешности результата измерений ΔХсл определялась по формуле:

                                            .                                                     (20)

Для вычисления доверительной границы неисключенной систематической погрешности результата измерений Θ использовали формулу:

                                                   ,                                                             (21)

где θj – граница j - й составляющей неисключённой систематической погрешности; К – коэффициент, определяемый принятой доверительной вероятностью, при α = 0,95 принимает значение 1,1.

Доверительную границу погрешности результата измерения определяли по формуле:

                                                        Δ = tΣ.SΣ.                                                                  (22)

Коэффициент, зависящий от соотношения случайной и неисключённой погрешностей tΣ , рассчитивали следующим образом:

                                                     ,                                                               (23)

где  – коэффициент Стьюдента, зависящий от выбранной доверительной вероятности α и числа наблюдений n .

Среднее квадратичное отклонение суммы неисключённых систематических и случайных погрешностей SΣ вычисляли по формуле:

                                                   S∑= ,                                                             (24)

 

где  - среднее квадратичное отклонение суммы неисключённых систематических погрешностей.

Доверительная граница погрешности результатов косвенных измерений величины, являющейся функцией y = F(у1, у2,…,уn) при α = 0,95, определяли по формуле:

                                      (25)

 

где Δу₁, Δу₂, … , Δу_n – доверительная граница погрешности результатов изме-рений величин у₁, у₂, … , у_n.

Доверительная граница погрешности измерения в относительной форме рассчитывается из соотношения.

                                                   .                                                            (26)

Согласно уравнению (1), доверительная граница погрешности результатов измерений теплопроводности определяется как

                                    .                                              (27)

здесь

;

;

;

;

;

;

.

Методическая погрешность измерения температуры рассчитывалась согласно [10]. Нами также была учтена инструментальная погрешность при измерении ЭДС термопары потенциометром. Приведем пример расчета методической и инструментальной погрешностей.

Методическая погрешность Δt(х) состоит из двух слагаемых:

                                 Δt(х) = tэ(х) – tо(х) = ΔL(х) + ΔВ(х) ,                                           (28)

где t₀(х), t_э(х) – действительная и измеренная температуры тела на расстоянии х. Из уравнения (28) первое слагаемое ΔL(х) зависит от глубины погружения термопары L и разности между температурами tП и tВ поверхности тела и среды, а второе – определяется градиентом температур в исследуемом теле. Для нашего бикалориметра можно считать ΔВ(х) = 0.

Для приближенной оценки первой составляющей используем следующее уравнение:

                           .                                    (29)

Здесь

     ;

                           ,

где λ₀ , λ_э, λ_эп, λ_з – соответственно, теплопроводности материала калориметра, материала термопары в продольном и поперечном направлениях, зазора (воздух); LB – выступающая часть термопары, находящаяся в лучисто-конвективном теплообмене с окружающей средой; hS – эффективная толщина зазора между спаем термопары и стенкой цилиндрического канала; R, Р,S – радиус, периметр и площадь поперечного сечения спая термопары.

Численные значения этих величин следующие:

h = 0,11 м; R = 0,3 . 10^-3 м; LB = 0,1 м; h_з = 5,4 .10^-3м; λ_э= 356 Вт/(м.К);

λ_з = 0,049 Вт/(м . К); λ_эп = λ_э = 23 Вт/(м. К); Р = 1,88.10^-3 м;

S= 0,28 . 10^-6 м²; æ = 0,1 м.

Подставляя эти данные в уравнения (28) и (29), получим:

ΔL(х) = –1,490С ; æ = 5,76; β = 51,5 1/ м; К = 9,1 Вт/(м. К); ξ = 0,043;

ρ = 0,91; α = 1217 . 103 Вт/(м ∙ К); F = 1; ω = 10,9.

Определим относительную погрешность измерения температур при 400 ^оС:

.

При измерении ЭДС термопары потенциометром инструментальная погрешность, т. е. предел допускаемой основной погрешности, определяется из выражения:

ΔU = ± (50 U + 0,04) . 10^-6 В,

где U – показания потенциометра. Для использованного нами потенциометра σUср = ± 0,01 %.

Предел допускаемой основной погрешности измерения напряжения автокомпенсатором потенциометра составляет σАК = 1 %. Т. о., суммарный предел допускаемой основной погрешности потенциометра σU:

σ_u =σ_uср+ σ АК = 0,01 % + 1,0 % = 1,01 %.

На экспериментальных установках, приведенных на рис.1 (для измерения теплопроводности жидкостей  по методу регулярного теплового режима первого рода). Углерода (ОСУНТ).

 

Рисунок 5. Зависимость относительной теплопроводности (λ/λ₁) от относительной температуры (Т/Т₁)  исследуемых систем диэтилового эфира как в чистом виде, так  и с добавкой одностенных углеродных нанотрубок: 1 жидкий диэтиловый эфир; 2диэтиловый эфир+0,1% одностенных углеродных  нанотрубок;  3 диэтиловый эфир+ 0,2 % одностенных  углеродных нанотрубок; 4 диэтиловый эфир+ 0,3% одностенных углеродных  нанотрубок; 5диэтиловый эфир+0,4% одностенных углеродных нанотрубок; 6диэтиловый эфир + 0,5 % одностенных углеродных нанотрубок.

Figure 5. Dependence of relative thermal conductivity (λ/λ1) on relative temperature (T/T1) of the studied diethyl ether systems both in pure form and with the addition of single-wall carbon nanotubes

Как видно из рис.5. теплопроводность жидкого диэтилового эфира зависит от температуры, давления и концентрации одностенных углеродных нанотрубок. Результаты исследования показали, что теплопроводность образцов с ростом температуры уменьшается, а с увеличением давления растет.

         Приводится обобщение экспериментальных данных по теплопроводности растворов в зависимости   от температуры, и давления, и концентрации нанонаполнителей.

К экспериментальной установке, основанной на методенагретой нити, позволяющей измерять теплопроводность жидкостей в зависимости от температуры при атмосферном давлении, подсоединены пережимной сосуд высокого давления и грузопоршневый манометр МП-2500 (класс точности 0,001). Автоматизированный сканирующий калориметр подключен к компьютеру, позволяющий провести измерение удельной изобарной теплоемкости и термодинамических характеристик наножидкостей и наноматериалов в режиме нагрева и охлаждения. Представлены  результаты  экспериментального исследования теплопроводности температуропроводности  системы диэтиловый эфир+ одностенные углеродные  нанотрубки  при различных концентрациях, температурах (рис. 4). Например, при Р= 0,101МПа для  системы диэтиловый эфир +одностенные углеродные нанотрубки при Т=293К теплопроводность диэтилового эфира вначале уменьшается по параболическому закону, а затем  растет по линейному  закону.

                                    Рецензент: Рашидов Дж. Р.,

д.и.т., профессор

ЛИТЕРАТУРА

1. Сафаров, М.М. Теплофизические простых эфиров и растворов гидразина в от и давления. / М.М. Сафаров // Дисс. д-ра наук. - – 495 с.
2. Сафаров, М.М. Теплофизические свойства эфиров в интервале параметров (теплопроводность и Монография /М.М. К.Д. Гусейнов.// - Душанбе, – 196 с.
3. Амирханов, Х.И. Зохорная теплоемкость важных жидкостей / Х.И. Амирханов, / Гос.ком.СССР по стандартам. стандарт. -1984. – 182 с.
4. Дульнев, Г.Н. Методы расчета режима приборов/ Г.Н. Дульнев, В.Г. А.В. Сигалов //Радио и связь.- -312 с.
5. Арсланов, В.А. установка для теплопроводности газов при до 773 К и до 200 МПа/ В.А Арсланов, А.А. Тарзиманов // КХТИ. – – Вып. 47. – –156.
6. Варгафтик, Н.Б. Справочник по свойствам газов и жидкостей/ Н.Б. Варгафтик. -1963.- С. 708.
7. Голубев, И.Ф. Бикалориметр для теплопроводности газов и при высоких и различных / И.Ф. Голубев // Теплоэнергетика. 12.– С. 78–82.
8. Гуломов, М.М. Влияние наноструктурных на изменение термодинамических и адсорбционных на линии / М.А. М.М. Сафаров, А.С. М.М. Гуломов, Н.Б. Давлатов, С.С.Абдуназаров, З.Ю. .// 10-й Всероссийскbq симпозиум с участием, «Термодинамика и Физико-технический институт А.Ф.Иоффе. РАН. - 2015. – С. 42.
9. Варгафтик, Н.Б. Теплофизические свойства авиационных топлив в и газообразном состояния. -1961. – 214 с.
10. Платунова, Е.С. Теплофизические измерения и /Е.С. Платунов, С. В.В. Курепин, Г.С. //Под общ.ред. Е.С. –Л.: , – 256 с.
11. Казанский, М.Ф. Водяной термостат фото автотерморегулятором /М.Ф. Научные записки государственного педагогического Сер. Физико-математика. –Т.N.-№3. – С.
12. Kraussold N. Fereschung GebieteYugh.W.–1934. – Vol.5. - № 4. –Р. 186.
13. Маджидов, Х. Теплопроводность диэтилового в зависимости от и давления / Х. Маджидов. // Сб.Физика и растворов. – 1982. – С. 65.
14. Филиппов, Л.П. Подобие свойств веществ. / Л.П. Филиппов. – М., Изд-во МГУ, 1978.

 

REFERENCES

1. Safarov, M.M. Thermophysical properties of simple ethers and aqueous solutions of hydrazine depending on temperature and pressure. / M.M. Safarov // Diss. Of Doctor of Technical Sciences. - 1993. – 495 р.
2. Safarov, M.M. Thermophysical properties of simple ethers in a wide range of state parameters (thermal conductivity and density). Monograph / M.M. Safarov, K.D. Guseinov. // Dushanbe. - 1996. – 196 р.
3. Amirhanov, H.I. Zochoric heat capacity of technically important liquids / H.I. Amirhanov, / State Committee of the USSR for Standards. State Standard Service. - 1984. – 182 р.
4. Dulnev, G.N. Methods for calculating the thermal regime of devices / G.N. Dulnev, V.G. Parfenov A.V. Sigalov // Radio and Communications.-1990. –312 р.
5. Arslanov, V.A. Experimental setup for studying the thermal conductivity of gases at temperatures up to 773 K and pressures up to 200 MPa / V.A. Arslanov, A.A. Tarzimanov // Proceedings of KHTI. - 1971. - Issue. 47. – Pр.150 -156.
6. Vargaftik, N.B. Handbook of thermophysical properties of gases and liquids / N.B. Vargaftik. -1963. – Р.708.
7. Golubev, I.F. Bicalorimeter for determining the thermal conductivity of gases and liquids at high pressures and various temperatures / I.F. Golubev // Thermal Power Engineering. -1963.-№ 12. – Pр.78 -82.
8. Gulomov, M.M. Influence of nanostructured particles on the change in thermodynamic and adsorption properties on the humidification line / M.A. Zaripova, M.M. Safarov, A.S. Nazrulloev, M.M. Gulomov, N.B. Davlatov, A.G. Mirzomamadov, S.S. Abdunazarov, Z.Yu. Norov.//10th All-Russian Symposium with International Participation, "Thermodynamics and Materials Science". A.F. Ioffe Physical-Technical Institute. RAS.- 2015. - Р. 42.
9. Vargaftik, N.B. Thermophysical properties of some aviation fuels in liquid and gaseous states. – 1961. - 214 р.
10. Platunov, E.S. Thermophysical measurements and devices. /E.S. Platunov, S.E. Buravoy, V.V. Kurepin, G.S. Petrov. // Under the general editorship of Platunov E.S. –L.: Mechanical Engineering. -1986. –256 р.
11. Kazansky, M.F. Water thermostat with photo thyratron autothermoregulator /M.F. Kazansky// Scientific notes of the Kyiv State Pedagogical Institute. Series: Physics and Mathematics. -1948.–T.N.-№3. – Pр. 127-137.
12. Kraussold N. Fereschung GebieteYugh.W.–1934. – Vol.5. - № 4. –Р. 186.
13. Madzhidov, H. Thermal conductivity of diethyl ether depending on temperature and pressure / H. Madzhidov. Collection. Physics of liquids and solutions. - 1982. – Р. 65.
14. Filippov, L.P. Similarity of properties of substances. / L.P. Filippov. – M.: Moscow State University Publishing House, 1978. – Р. 256.

 

ТАҶРИБА БАРОИ ЧЕН КАРДАНИ ҚОБИЛИЯТИ ГАРМИГУЗАРОНИИ МОЕЪҲО ВА МАҲЛУЛҲО ДАР ФИШОР ВА  ҲАРОРАТҲОИ ГУНОГУН

                    Дар мақола натиҷаҳои тадқиқоти таҷрибавии гармигузаронии нанотубаҳои карбон як девордор (НЯК) ва омехтаҳои онҳо дар маҳлулҳои техникӣ оварда шудаанд. Бо истифода аз дастгоҳи таҷрибавӣ гузарониши гармии эфири диэтилии моеъ ҳам дар шакли соф ва ҳам бо илова кардани нанозарраҳои карбон (НЯК), бо илова кардани НЯК ва об вобаста ба ҳарорати T = (293-673) К  дар Р = (0,101–49. 01) МПа бо илова намудани 0 то 0,5% (бо фосилаи 0,05%) нанозаррачаҳо чен карда шуд. Натиҷаҳои тадқиқот нишон доданд, ки гармигузаронии намунаҳо бо баланд шудани ҳарорат кам шуда, бо афзоиши фишор зиёд мешавад. Барои намунаи «эфири диэтил + 0,4% НЯК» дар ҳарорати хонагӣ 298 К ва тағйирёбии фишор то 49,01 МПа гармигузаронӣ 14,6% зиёд мешавад ва барои ин намуна дар ҳарорати 672 К ин тағйирот ба 16,5% мерасад. Илова кардани 0,5% НЯК боиси афзоиши гармии эфири диэтил (Р = 0,101 МПа ва Т = 293 К) 19,9% ва дар Р = 14,01 МПа ва Т = 293 К 18,4% зиёд мешавад. Ҳисобкуниҳо нишон доданд, ки хатои максималии умумии нисбии маълумоти таҷрибавӣ оид ба гармӣ бо эҳтимолияти боварӣ α = 0,95 аз 4,2% зиёд нест. Усулҳои ченкунии гармигузаронӣ ба ду гурӯҳ тақсим мешаванд. Ба гурӯҳи якум усулҳое дохил мешаванд, ки ба қонунҳои шароити гармии стасионар асос ёфтаанд. Ин усулҳо ба гипотезаи Фуре дар бораи мутаносиб будани ҷараёни гармӣ ба градиенти ҳарорат асос ёфтаанд. Гурӯҳи дуюми усулҳо ба қонунҳои режими гармии гайристасионӣ асос ёфтаанд, ки дар он ҳарорати ҷисм на танҳо ба координатҳо, балки ба вақт ҳам вобаста аст.

                    Калидвожаҳо: қобилияти гармигузаронӣ, Фуре, шароити гармидиҳии статсионарӣ, ғайристасионарӣ, бикалориметри силиндрӣ, эфири диэтил, НЯК.

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И РАСТВОРОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ

Приведены результаты экспериментальных исследований теплопроводности одностенных углеродных нанотрубок (ОСУНТ)и их смесей в технических растворах. С помощью экспериментальной установки была измерена теплопроводность жидкого диэтилового эфира как в чистом виде, так и с добавкой наночастиц углерода (ОСУНТ), в зависимости от температуры Т = (293–673) К и давлении  Р = (0,101–49,01) МПа в интервале концентрации С = 0 - 0,5 % масс. Результаты исследования показали, что теплопроводность образцов с ростом температуры уменьшается, а с увеличением давления растет. Для образца «диэтиловый эфир + 0,4 % ОСУНТ» при комнатной температуре 298 К и изменении давления до 49,01 МПа теплопроводность растет на 14,6 %, а для данного образца при температуре 672 К это изменение доходит до 16,5 %. Добавка 0,5 % ОСУНТ приводит к увеличению теплопроводности диэтилового эфира (Р= 0,101 МПа и Т = 293 К) на 19,9 % а при Р = 14,01 МПа и Т = 293 К теплопроводность растет на 18,4 %. Расчеты показали, что общая относительная погﺍрешность экспериментальных данных по теплопﺍроводности при веﺍроятности α = 0,95 не пﺍревышает 4,2 %. Методы измерения теплопроводности разделяются на две группы. К первой группе относятся методы, основанные на закономерностях стационарного теплового режима. Эти методы базируются на гипотезе Фурье о пропорциональности теплового потока градиенту температур. Вторая группа методов основана на закономерностях нестационарного теплового режима, при котором температура тела является функцией не только координат, но и времени.

Ключевые слава: теплопроводность, Фурье, стационарные, нестационарные, тепловой режим, цилиндрический ,  диэтиловый эфир, ОСУНТ.

 

EXPERIMENTAL SETUP FOR MEASURING THERMAL CONDUCTIVITY OF LIQUIDS AND SOLUTIONS AT DIFFERENT PRESSURES AND TEMPERATURES

                    The results of experimental studies of the thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes  and their mixtures in technical solutions are presented. The experimental setup was used to measure the thermal conductivity of liquid diethyl ether both in pure form and with the addition of various carbon nanoparticles (SWCNT), with the addition of  SWCNT and water, depending on the temperature T = (293–673) K at P = (0.101–49, 01) MPa with the addition of 0 to 0.5% (with an interval of 0.05%) nanoparticles. The results of the study showed that the thermal conductivity of the samples decreases with increasing temperature, and increases with increasing pressure. For the sample "diethyl ether + 0.4% SWCNT" at room temperature 298 K and pressure change to 49.01 MPa, the thermal conductivity increases by 14.6%, and for this sample at a temperature of 672 K this change reaches 16.5%. The addition of 0.5% SWCNT leads to an increase in the thermal conductivity of diethyl ether (P = 0.101 MPa and T = 293 K) by 19.9%, and at P = 14.01 MPa and T = 293 K, the thermal conductivity increases by 18.4% . Calculations showed that the maximum total relative error of the experimental data on thermal conductivity at a confidence level α = 0.95 does not exceed 4.2%. Methods for measuring thermal conductivity are divided into two groups. The first group includes methods based on the regularities of a stationary thermal regime. These methods are based on the Fourier hypothesis about the proportionality of the heat flow to the temperature gradient. The second group of methods is based on the regularities of a non-stationary thermal regime, in which the body temperature is a function of not only coordinates, but also time.

                    Keywords: Thermal conductivity, Fourier, stationary, non-stationary thermal conditions, cylindrical bicalorimeter, diethyl ether, SWCNT.

 

Маълумот дар бораи муаллиф: Саидзода Масрури Мирзохон – Коллеҷи техникии ДТТ ба номи акад. Осимӣ, д.ф.-м.,  профессори кафедраи физика ва алоқа. Суроға: 734042, Душанбе, Тоҷикистон, к. Садриддин Айнӣ, 41. Тел.: +992931270607. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..

Сведение об авторе: Саидзода Масрур Мирзохон – Технический колледж ТТУ имени акад. М. Осими, д.т.н.,   профессор кафедры физики и телекоммуникаци. Адрес: 734042, Душанбе, Таджикистан, ул. Садриддина Айни, 41.  Тел. +992931270607. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.. 

Informatijy about the author: Saidzoda Masrur Mirzokhon – Technical College of Tatarstan Technical University named after academician M. Osimi, Doctor of Technical Sciences,  professor of the Department of Physics and Telecommunications. Address: 734042, Dushanbe, Tajikistan, Sadriddin Aini Street, 41. Phone: +992931270607. E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

 

Статья поступила в редакцию 04.09.2024

Одобрена после рецензирования 24.10.2024

Принята к публикации 29.11.2024