Способ комплексного измерения теплофизических свойств жидкостей и газов

 

СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ, заключающийся в том, что в ампулу с исследуемым веществом вводят известное количество тепла, измеряют два значения равновесной температуры исследуемого вещества до и после нагрева, отличающийся тем, что, с целью повьпчения точности измерения изохорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении , после измерения равновесной температурам Har jeToro вещества его дросселируют до восстановления на чального давления в ампуле, измеряют массу выпущенного вещества и значение равновесной температуры оставшегося в ампуле вещества и по полученным данным рассчитывают значение изобарной и изохорной теплоемкостей по формулам (.Cp-Cnalm i TnT i ( ocm,-ni,,,) Г Q 1 (Cp-Cni)vr . ) 1 C,j - изохорная теплоемкость исQ следуемого вещества, Дж-К--1.КГ-; Сризобарная теплоемкость исследуемого вещества, Дк.- :иг- CK - теплоемкость ампулы, Q - количество тепла, введенное в ампулу, дж; 1- начальная масса вещества в ампуле, кг; СП л -. масса выпущенного из ампулы вещества, кг; fb,; - температурный коэффициент оо со объемного расширения ампу .лы, Kfi-, V(j - объем ампулы при Ос, К - постоянная ампулы, учитывающая зависимость объема ампулы от давления. Па; Т - значение равновесной температуры исследуемого вещества до нагрева. К; Т2 - значение равновесной TeNmeратуры исследуемого вещества после нагрева до начала дросселирования, к; T-J - значение равновесной температуры исследуемого вещест а, оставшегося в ампуле после дросселирования. К..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН

„„SU„„1657831 А

3(5D Ci 0 N 25 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, (21 ) 3390794/18-25 (22 1 08. 02. 82 (46 ) 30. 11. 83. Вил. Р 44 (72) Н. H. Столяров и B. A. Рыков (71) Ленинградский технологический институт холодильной промышленности (53} 536. 6 (088. 8) (56) 1; Солдатенкс Ю.А., Ващенко Д.М.

Зкспериглентальная установка для исследования теплоемкости и с><имаемости сжиженных углеводородных гаэов.—

В кн.:"Теплофизические свойства веществ", Киев, "Наукова думка", 1965, с. 70-75.

2. Закарьяев З.Р ° Универсальная установка для экспериментов с жидкостями. — В кн.: "Теплофизические свойства жидкостей и газов". Махачкала,1979, с. 52-69.

3. Анисимов A. А., Ковальчук F.A., Рабинович В.A., Смирнов H.A. Экспериментальное исследование иэохорной теплоемкости аргона в широком диапазоне параметров состояния, включая критическую точку.-В кн.: "Теплофизические свойства веществ и материалов". ГССД, 1975, вып. 8, 1

237-245 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕН И ГАЗОВ, заключающийся в том, что в ампулу с исследуемым веществом вводят известное количество тепла, измеряют два значения равновесной температуры исследуемого вещества до и после нагрева, отличающийся тем, что, с целью повьпчения точности измерения иэохорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении, после измерения равновесной температуры нагретого вещества его дросселируют до восстановления на" чального давления в ампуле, измеряют массу выпущенного вещества и значение равновесной температуры осГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ тавшегося в ампуле вещества и по полученным данным рассчитывают значение изобарной и изохорной теплоемкостей по формулам

С =С

gp — Сг 1mz(7„ Т.1Е

Фг - 1/1(Т, " )

Q I 7(p-Сщ) и. гдеС = — -С 1 =Я +К гпл -Ф

rn„.m,-g

С вЂ” иэохорная теплоемкость исследуемого веще ства, Дж-K

Ср — изобарная теплоемкость исследуемого вещества, Дж. К -1 к г -1.

Ск — теплоемкость ампулы,Дж К

Я вЂ” количество тепла, вгеденное в ампулу, Дж, гп1- начальная гласса вещества в ампуле, кг; п, - масса выпущенного иэ ампулы вещества, кг; температурный коэффиц ент объемного расширения ампу.Лыф K 1

I с з

40 — объем ампулы при 0 С, м;

К вЂ” постоянная ампулы, учитывающая зависимость объема ампулы от давления, Па, T — значение равновесной температуры исследуемого вещества до нагрева, Т1 - значение равновесной температуры исследуемого вещества после нагрева до начала дросселирования, к, Тз — значение равновесной температуры исследуемого вещест-. ва, оставшегося в ампуле после дросселирования K

Изобретение относится к иэмерениЯм ТЕПЛОфИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКИХ и газообразных веществ и предназначено для использования при лабораторных исследованиях теплофизических свойств газон и жидкостей.

11эвестен способ, согласно которому !Br!áapíóæ теплоемкocYB iêHäKHlK веш c -TB опредсляют -следую111им 05 разом: в адиабатический калориметр, содержащий исследуемую жидкость, вво- 30 дят изв:-т:ное количество тепла и не-! ро .ЫВИО Отводят иэ калориметра таKoP. f(c JIH!1IracTB0 жиДкости чтОбы Давление В калориметре в течение всего

on-та б гяо практически постоянным, измеряют два значения равноВеснОЙ темп;.дат:ры дo и пссле 1;агрена 11, 1.1

Ф >1 определения изобарной теплоемкости С « жидкости необходимо иметь до. 1ОГ. lительную нн 30pмацv. . О BаВиcи— мости I GTIIocти исследуемой жидкости оТ давления и температуры= Эта инфОр ма цii JI . ахи цит ся друГим спосОбОм или берется иэ литературных данных. Та ким Образо -:,, для определения изобарной T=глое:1кости 11еобходимь1 два нез ànис11мь1х Опыта, результаты которых полу 1а1В-1 ся в разных условиях и нуждаются в математическом ciJIavÄивании, предшествующем совместной обрабо Tке, <ем вносят дополнительные система- ЗО тичсcl 1lе ГОгрешности. ПОГрешность

1 G..У"»1.::-" !i f."I =" На = СИ Ий TЕ ПЛ ОЕMKО CTИ

Вкл ."-; :.т,Ром ТОГО си стематичес

KI:.:= 1-.0 гp. !;!1ости присущие 1!В /F4 ти пам измери".". Jl,.к,::., устрс"! ñòâ, а при ис- г поль з ln.= 1 "ин лн . ературных у анных о сжн1.=.емос и;-:, 10 и погрекп ость, обус.«с «1: ..- у.:=..".1иянием разной степени

Оin! . . l! дуемОГО вещества.

Хрс,"-".. TO o, известен способ иэмере ия изcх-.p:. îli теплоемкости, согласно KGTopD 1у Б адиабатический калори" со», 1 l

ОНЫтаР

ВВОДЯ J вестн . кОличестВО тепла, измеряют да Вление в калориметричесК с О суде Во Время ОГыта и и 3 м;.1- я ют д в 2 э- н а 1-. e н и я 1«аB н 0 Ве с но и тем1".е . атуре жидкости до и после на

Подо .. тат GK такОГО спО ООба 3 аклю 50 чается в том, ITG измерение давления В KaJIGp:-Is

П1 - TYI g = 6 I«!I ) Ф. = 1 к к

ИЭОХОРНая тЕПлоемКОсть исследуемого вещества, - 4 изобарная теплоемкость исследуемого вещества, ДжК кг ", теплоемкость ампулы,дж.К ; количество тепла, введенное в амп улу, Дж, ряют два значения равновесной температуры жидкости до и после нагрева (1) . ,Цля определения изохорной теплоемкости Сч жидкости необходимо иметь дополнительную информагию р-Vr--Т данных исследуемой жидкости, которые берутся из литературных данных или находятся другими способами. Таким образом, для определения иэсхорной теплоемкости необходимы два независимых опыта, результаты которых получаются в разных условиях и нуждаются в математическом сглаживании, предшествующем совместной обработке, чем вносятся дополнительные систематические погрешности. Погрешность полученных значений теплоемкости включает, кроме того, систематические погрешности, присущие двум типам измерительных устройс- â,,а при использовании литературных данных о сжимаемости еше и погрешность, обусловленную Влиянием равной степени чистоты исследуемо-о вещества. цель изобретения — повышение точности измерения иэохорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу комплексноIG измерения теплофизических свойств жидкостей и газов в ампулу с исследуемым не1тiaством вводят из нестное количество тепла, измеряют два значения равновесной температуры IccJieдуемогс Вещества до и после нагрева, затем вещества дросселируют до восстансвтения начального давления в ампуле, lзмеряют массу вцпущенного вещества и =- 1ачение равновесной температуры оставшегося в ампуле вещества и по полученным данным рассчитывают значение изобарной и иэохорной теплоемкостей по формулам

1057831

rn, — начальная масса вещества в ампуле, кг, dг< — масса выпущенного из ампулы вещества, кг; температурный коэффициент объемного расширения ампулы,k объем ампулы при 0 С, м постоянная ампулы, учитывающая зависимость объема ампулы от давле= ния, Па;

7< — значение равновесной температуры исследуемого вещества до нагрева, К

Т вЂ” значение равновесной температуры исследуемого вещества после нагрева до начала дросселирования, К

Т вЂ” значение равновесной температуры исследуемого вещес-.ва, оставшегося в ампуле после дросселирования, К

На фиг. 1 изображена термограмма известного способа (1); на фиг.2 то же, известных способов (2) и (3); на фиг. 3 — то же, предлагаемого способа, на фиг. 4 — устройство, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ.

Процесс изображенный на фиг. 1 т протекает йри постоянном давлении, в калориметр (ампулу) в промежуток

Времени между Т< и Т вводят известное количество тепла Q измеряют два значения равновесной температуры Т и 7 и непрерывно отводят вещество иэ калориметра. Значение изобарной. теплоемкости находят по следующей расчетной формуле:

Процесс, изображенный на фиг. 2, протекает при квазипостоянной плотности, в калориметр в промежуток и л времени между с< и д ввогят известное количество тепла 0/, измеряют два значения равновесной температуры Т и 7 и при этом в (2) дополнительно непрерывно измеряют давление. Расчетная формула в этом случае имеет вид

Процесс, изображенный на фиг. 3, в промежуток времени между 1, . и д, в течение которого в калориметр вводят известное количество тепла протекает при квазипостоянной плотности. Затем ввод тегла прекращают и после наступления равновесного состояния, соответствукщего температуре Г, из калориметра ампулы дросселируют такое количество вещества, чтобы в ампуле установилось давление, равное на альному (которое имеет место в момент l<)

В процессе опыта измеряют три =-начения равновесной темгерат"-ры: до нагрева <, после нагрева "Гд, после дросселирования < и измеряют массу вещества, которую с †.;-.одят из ампулы при выпуске.

Значение изохорной теплоемкости

10 согласно предлагаемому способу находят из расчетной формулы

15 где С = Ск уп

Для определения поправки на неиэохоричность используется следующая система уравнений:

35, Коэффициенты t< „и К опреде;-:i;;,ò из градуировочного опыта

>к "îL< /K(7- )< kp).

Величина

Из системы уравнений (5) — (9 для расчета изохорной те лоемкости (;y путем алгебраических греобразований получаем расчетную формулу (1) .

Значение изобарной теплоемкости

45 находится иэ формулы (2 ) .

Устройство, позволяющее осуществить предлагаемый способ, включает низкотемпературный калориметр с выходным капилляром 2 и = àt"орным вентилем постоянного объе:-г 3, "руэопоршневой манометр 4, которым через нуль-индикатор 5 давлен;:я измеряют давление жидкости в:;«";÷àëå и конце опыта, дроссельный вентиль 6, через который в съемный мерный баллон 7 выпускают часть жидкости до восстановления в конце опыта начального давления в калорил<етре. Через вентиль 9 вся или часть системы может вакуумироваться, в жидкостный термостат 10 для исключения влияния внешней среды поме:,ают систему измерения и регулировки давления, мерный баллон с вентилем 8 служит также для заполнения калоримет65 ра исследуемым веществом перед нача1057831

1м измерений и взвешивается на ана. итических весах для определения массы жидкости, выпущенной иэ калориметра 1, Предлагаемым способом измеряются иэохорная н изобарная теплоемкости жидкой фазы фреонов Ф 13В1 и Ф-23.

Относительная погрешность измерений

Ср и С, составляет 0,3-0,5Ъ.

Таким образом, в предлагаемом способе удается избавиться от погрешностей измерений, которые обусловлены тем, что, во-первых, в известных способах для определения

Cp p- С необходима дополнительная информация р-У-Т данных, что требует проведения двух независимых опытов, результаты которых получаются при разных условиях и нуждаются ц м.=,тематическом сглаживании, предшествующем совместной обработке,,чем вносится дополни,ельная систематическая погрешность, во-вторых, погрешность полученных значений теплоемкостей включает систематические погрешности, присущие двум типам измерительных устройств, а при использовании литературных данных о сжимаемости еще и пргрешность, .обусловленную влиянием разной степени чистоты исследуемого вещества, чем повышается точность измерений изо1О хорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении.

Предлагаемый способ позволяет одновременно в одном опыте измерять иэохорную и изобарную теплоемкости, не требует проведения дополнительного эксперимента для определения р-7-T данных, и может использоваться при изучении иэохорной и изобарной теплоемкостей жидкостей и газов, а также при создании прокышленных теплофиэических приборов.

1057831

Qua Ф

Составитель В.Гусева

Редактор Н.Безродная Техред М.Надь. Корректор Г.Orap

Заказ 9576/46 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4