Ф. Гумерова - Амин Афтахович Тарзиманов

С целью измерения молекулярной теплопроводности паров Н 2О и Д 2О при давлениях до 30 МПа и температурах до 700 °C, не искаженной радиационным переносом энергии, в лаборатории теплофизики КХТИ впервые в мировой практике был применен метод импульсно нагреваемой проволоки (А.А. Тарзиманов, Ф.Р. Габитов // Теплоэнергетика. 1989. № 7). При этом платиновая проволока (ø 5 мкм) импульсно (менее 0,1 с) нагревается, и тепловая волна проникает в исследуемую среду на очень маленькую глубину (несколько сотых миллиметра). Такой слой практически является прозрачной средой, и результаты измерений можно отождествлять с молекулярными. Оказалось, что новые опытные результаты, не искаженные радиационным переносом теплоты, систематически расположены (до 4–7 %) ниже данных международных стандартов по теплопроводности Н 2О и Д 2О. Эти стандарты базируются на результатах измерений, полученных стационарными методами (Справочник по теплопроводности жидкостей и газов / Н.Б. Варгафтик, Л.П. Филлипов, А.А. Тарзиманов, Е.Е. Тоцкий. – М.: Энергоатомиздат, 1990 г.).

Стационарный метод нагретой проволоки был также использован для экспериментального исследования теплопроводности паров н-алканов, спиртов и кислот при температурах до 500 °C и давлениях до Р ≤ 0,1 МПа в широких пределах изменения молекулярного веса (М = 32–254). Суммарная погрешность измерений составляет 1,5–2 % (А.А. Тарзиманов, В.Е. Маширов // Теплоэнергетика. 1967. № 12.; Труды Всесоюз. конф. по термодинамике. – Л., 1969. С. 155–162). Впервые обнаружен отрицательный эффект влияния давления на теплопроводность вблизи линии насыщения у паров органических соединений (уксусная кислота). Эти аномальные изменения объясняются образованием комплексов молекул (ассоциатов) в парах кислот и спиртов. С использованием уравнений для смеси химически реагирующих газов были получены расчетные соотношения для теплопроводности паров кислот и спиртов.

Развитие химической технологии, энергетики и ряда других отраслей связано со значительным расширением диапазона температур и давлений, при которых совершаются процессы в промышленных установках. Так, например, для получения полиэтилена газообразный этилен сжимается до 150–200 МПа. В связи с этим были выполнены измерения теплопроводности и вязкости технически важных газов (двуокиси углерода, этилена, аргона и др.) при давлениях до 200 МПа в широком диапазоне температур. Для этих целей был приобретен компактный мембранный (из маслостойкой резины) компрессор, сжимающий газ с 10 до 200 МПа за один ход поршня. Для измерения теплопроводности газов были использованы медные коаксиальные цилиндры, покрытые тонким слоем серебра (А.А. Тарзиманов, В.А. Арсланов // Труды КХТИ. 1971. Вып. № 47; Тепло- и массообмен. – Минск, 1972. Т. 7). Вязкость газов измерялась на установках по методам капилляра и падающего груза (А.В. Маряшев, А.А. Тарзиманов // Труды КХТИ. 1975. Вып. 55; Тепло- и массообмен в хим. технол. – Казань; 1976. Вып. 4; 1977. Вып. 5). Получено хорошее согласование между этими измерениями. Показано, что имеющиеся данные французских ученых (Шлумпф с сотр.) по вязкости этилена при давлениях до 200 МПа находятся выше (до 30–50 %) из-за начинающейся реакции полимеризации, которую авторы не заметили при измерении.

В известных работах Бриджмена электросопротивление платины исследовано в очень широком диапазоне давлений, но они ограничены только температурой до 100 °C. Поэтому были проведены исследования влияния давления на показания платиновых термометров сопротивления в интервале Р = 0,1–100 МПа при Т до 1100 К. Имеется удовлетворительное согласование с данными Бриджмена. Термометр под давлением показывает несколько заниженные результаты. Для давления 100 МПа вносимая поправка для комнатных температур 0,55 К, а при 1100 К она достигает 2,4 К. Было очень мало сведений о влиянии давления на показания термопар. В лаборатории теплофизики было проведено исследование зависимости показаний платина-платинородиевых (10 %) термопар от давления в области Р = 0,1– 100 МПа и Т = 25–400 °C. Опыты показали, что термоЭДС термопар уменьшилась с повышением давления при Т = const, т. е. поправка на давление всегда отрицательна. Максимальная поправка (Т = 400 °C, Р = 200 МПа) равна 1,6 °C (А.А. Тарзиманов, В.А. Арсланов // Метрология. 1976. № 4).

При измерении теплопроводности газов и жидкостей результаты опытов могут быть искажены конвективным переносом тепла. Для выяснения условий возникновения и развития конвекции на установках по методу нагретой проволоки, где при измерении теплопроводности приходится создавать значительные разности температур в исследуемом слое, проведены специальные опыты. Для этой цели был создан новый вариант комбинированного узла, на металлическом каркасе которого одновременно смонтированы три измерительные ячейки по методу нагретой проволоки с различными толщинами исследуемого слоя. Опыты проведены с шестью измерительными ячейками, имеющими зазоры б = 0,269–0,984 мм. Величина ∆Т = 0,8–4 К, исследуемые вещества – СО 2и воздух, число Рэлея менялось от 100 до 23300. Опыты показали, что при одном и том же значении Ra коэффициент конвекции Ek больше для ячеек, имеющих большую толщину слоя. Таким образом, было установлено, что при малых толщинах слоя необходимо учитывать влияние пограничных слоев.