Теплофизические свойства жидкого воздуха и его компонентов - Вассерман А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Большинство упомянутых авторов использовали статический метод, нагревая кипящую жидкость электрическим током и измеряя затраченную?
46
энергию и количество испарившейся жидкости. Из ранних опытных данных только результаты Альта [98] сохраняют ценность до настоящего времени. Он тщательно определил поправку на испарение жидкости под влиянием внешнего теплопритока и оценил погрешность опытных данных величиной ±1%. Большая часть опытных точек [98] согласуется в пределах указанной погрешности как между собой, так и с результатами Фуру-кава и Мак-Коски [99], полученными с помощью более совершенной установки, в которой использован адиабатический калориметр. В отличие от других исследователей Дэйн [104] измерил теплоту испарения азота (а также кислорода и смесей O2—N2) проточным методом.
Имеется несколько работ [103, 105, 106, 107, 108], посвященных измерению теплоемкости жидкого и твердого азота. Первыми исследовали ее Эйкен [103] в интервале температур 16,5—72,7° К и Кеезом и Камер-линг Оннес [106] —от 15,3 до 76,5° К. В дальнейшем Клюзиус [107] провел эксперименты в интервале 10,4—73,5° К и Джиок и Клайтон [105] — от 15,8 до 77,7° К. Уиб и Бревурт [108] измерили теплоемкость жидкого азота при температурах выше нормальной температуры кипения (от 79,2 до 117° К); среднюю погрешность получения опытных данных они оценили равной 1%. В 1959 г. Клюзиус, Сперандио и Писберген [109] определили теплоемкость изотопов азота — 14N2 и 15N2 в твердом и жидком состоянии в интервале температур 11—69° К- Все авторы, по существу, измеряли cs в состоянии равновесия с насыщенным паром. Однако как для твердого тела, так и для жидкости при низких давлениях cs практически совпадает с ср на кривой равновесия фаз; например, для азота при р = = 1 атм Cp всего на 0,35% выше C8 [14].
Мэйдж и соавторы [100] измерили изобарную теплоемкость в интервале температур 122—274° К и давлений 10—138 бар; из полученных ими 36 опытных точек лишь небольшая часть относится к области жидкости. В работе [100] для большинства точек разности начальной и конечной температур эксперимента составляли примерно 11 град, поэтому в околокритическом районе данные [100] могут существенно отличаться от истинных значений.
При измерениях интегрального адиабатного дроссель-эффекта азота в интервале температур —163ч- +300° С Роэбук и Остерберг [110] получили ряд опытных точек для жидкой фазы на изотермах —163 и —151° С при давлениях до 202 атм. В работе И. М. Гусака [111], где определен, изотермический дроссель-эффект при температурах 115,1—291,6° К, приведены данные о жидком азоте на изотерме 115, Г К в интервале давлений 17—120 атм.
Из краткого обзора видно, что опытные калорические величины относятся преимущественно к состоянию насыщения, а в однофазной области они весьма немногочисленны. Поэтому таблицы термодинамических свойств жидкого азота составлялись в основном путем обработки р, v, Г-данных.
Из приведенных в литературе расчетных значений калорических свойств азота наиболее обширную область давлений охватывают данные Дина [112], полученные графической обработкой опытных значений термических величин. В таблицах Дина приведены значения объема, энтальпии, энтропии и теплоємкостей Cp и cv для 1 моля. Свойства жидкости представлены при давлениях до 1000—4000атм, но лишь на пяти изотермах (90; 100; 110; 120 и 125° К); при расчете свойств были использованы р, v, T-данные Бенедикта [80, 81].
Более подробными являются таблицы Стобриджа [72], рассчитанные1 с помощью полученного им уравнения состояния (71) —таблицы составлены в метрической и британской системах единиц (в СССР имеются только, последние). Таблицы содержат значения удельного объема, энтальпии, внутренней энергии и энтропии в интервале температур 114—540° R (63,3—300° К). Шаг таблиц по температуре 2° R, что выгодно отличает их от таблиц Дина, но максимальное давление 3000 psia (206,8 бар).
47
В монографии Роулинсона [14] представлены таблицы термодинамических свойств жидких азота, кислорода и аргона в состоянии насыщения, полученные графической обработкой экспериментального материала о термических и калорических свойствах этих веществ, накопленного до 1959 г. Для каждого вещества таблицы охватывают диапазон температур от тройной точки до критической, но некоторые свойства, в частности теплоемкость, представлены лишь в интервалах температур, изученных экспериментально. При температурах ниже 90° К данные о термодинамических свойствах жидких азота, кислорода и аргона в состоянии насыщения приведены также в работе Ван-Иттербика и Ван-Дэйла [113].
Мэйдж и соавторы [100] составили таблицу значений энтальпии азота в интервале температур —320, 4-ь+50° F (77,37—283,15° К) и давлений 14,7—3000 psia. Таблица в значительной части основана на экспериментальных данных самих авторов [ 100] о теплоемкости ср и Роэбука и Остер-берга [ПО] об адиабатном дроссель-эффекте, однако при температурах ниже —260° F (110,9° К) значения получены экстраполяцией.
Нами рассчитаны таблицы термодинамических свойств (р, vy ?, I1 S1 Cp) жидкого и газообразного азота до температуры 140° К и давления 500 бар с помощью уравнения состояния, представленного выражениями (72), (75), (76), (77). Расчет выполнен на электронной цифровой вычислительной машине. Калорические свойства определены по уравнениям, приведенным в 1.4, причем на докритических изотермах в качестве постоянных интегрирования приняты значения этих свойств кипящей жидкости по данным [70], а на изотермах 130; 135 и 140° К — в точках при давлениях 70; 90 и 125 бар соответственно [70]. Значения термических свойств на кривой насыщения получены по уравнению состояния с использованием уравнения для кривой упругости [70].
