К вопросу радиационно-кондуктивного переноса тепла для полупрозрачной среды в окрестности критической точки Текст научной статьи по специальности «Физика»

ХИМИЯ

УДК 536.24 С. Н. Михайлова

К ВОПРОСУ РАДИАЦИОННО-КОНДУКТИВНОГО ПЕРЕНОСА ТЕПЛА

ДЛЯ ПОЛУПРОЗРАЧНОЙ СРЕДЫ В ОКРЕСТНОСТИ КРИТИЧЕСКОЙ ТОЧКИ

Ключевые слова: радиационно-кондуктивный перенос тепла, полупрозрачные вещества в ИК- области поглощения, окрестность критическая точки.

В статье приводится обоснование исследования радиационно-кондуктивного переноса тепла в окрестности критической точки и краткое описание экспериментальной установки для осуществления этих исследований.

Keywords: radiation-conductive heat transfer, translucent substance in the infrared absorption region, near the critical point.

The paper provides a rationale for the study of radiation-conductive heat transfer in the vicinity of the critical point and a brief description of the experimental setup for these studies.

Для развития химической, нефтехимической, авиационной и других отраслей промышленности требуются знания теплофизических свойств органических веществ. Подавляющее большинство органических веществ, используемых в качестве исходного сырья в различных производствах или в качестве теплоносителей и хладагентов в теплооб-менном оборудовании, являются полупрозрачными в ИК - области поглощения. Теплообмен в таких средах осуществляется двумя абсолютно разными механизмами переноса тепла: молекулярным и радиационным. Первый основан на столкновении хаотически перемещающихся молекул, а второй образуется за счёт электромагнитного теплового излучения.

Следует отметить, что математический аппарат радиационно-кондуктивного переноса тепла (РКПТ), с помощью которого можно определить закономерности для одного класса веществ со сходным химическим строением [1], разработан. И всё-таки основным способом изучения РКПТ по-прежнему являются экспериментальные исследования РКПТ, т.к. при этом не существует потребность в достоверных знаниях по спектральным свойствам сред и границ, которыми не всегда располагают. Единственным выходом в этих случаях является комплексное экспериментально-расчётное исследование радиационно-кондуктивного переноса тепла.

С целью исследовать РКПТ в окрестности критической точки была использована экспериментальная установка. Она состояла из измерительного узла (ячейки), оптической системы, двухконтурной системы поддержания температуры в системе, системы температурного измерения в плоском слое исследуемой жидкости, системы заполнения измерительного узла исследуемой средой, системы создания и обеспечения регулирования давления.

В роли исследуемой жидкости был использован один из представителей ряда предельных углеводородов, в частности н-гексан. При исследовании применяли метод плоского слоя (толщина составляла И=0,00532м), температура изменялась от 504,5 К

до 517,2К, а давление - в интервале от 3,1МПа до 4,18МПа.

Необходимо подчеркнуть, что критическая область образует особую область состояния вещества. Для неё характерны аномально растущие флуктуации. Теория состояния жидкого и газового состояния для этой области неприменима. В сильно флуктуирующих системах межмолекулярное взаимодействие становится второстепенным. Молекулы в огромном количестве начинают взаимодействовать между собой, и как следствие в поведении объектов наблюдается универсальность. Интенсивный разрыв молекулярных связей неотвратимо приводят к замедлению процессов восстановления термодинамического равновесия в критической области и к многочасовому рассеиванию теплового импульса. Восприимчивость системы к внешним возмущающим факторам бесконечно возрастает. Это находит гигантский отклик, который проявляется в возникновении аномалий термодинамических и теплофизи-ческих свойств веществ, характерных для критической области.

Асимптотическая область параметров состояния вещества охватывает небольшой температурный интервал -3,0К < Т-Ткр < 15,0К. Возникает понятие критической универсальности. Если подтвердится её существование для радиационной составляющей теплопроводности н-гексана [2], то появится возможность прогнозировать поведение РКПТ для неизученных веществ и таким образом исключить дорогостоящие и сложные исследования.

К настоящему времени о критических явлениях накоплен большой материал, проведены многочисленные экспериментальные исследования в окрестности критической точки. Тем ни менее количество исследуемых веществ в данной зоне ограничено, и подавляющая часть из них представляют вещества с низкими критическими параметрами.

Это вызвано исключительными трудностями, которые сопровождают эксперимент, а именно, особенностями критического состояния веществ, например, температурной неустойчивостью, способст-

вующей возникновению в незначительной степени конвективных токов, в результате чего искажается механизм молекулярного переноса тепла. Кроме этого к трудностям экспериментального характера также относятся большие времена релаксации, гравитационный эффект, критическая опалесценция и др.

2. Михайлова С.Н., Аляев В.А., Сабирзянов А.Н., Гумеров Ф.М., Ле Нейндр Б., Радиационная составляющая теплопроводности н-гексана в окрестности критической точки// Вестник Казан. технол. университета. 1999. №2.

С. 84-90.

Литература

1. Панфилович В.К., Аляев В.А. Оптические постоянные н-октана, н-нонана и н-декана// Вестник Казан. технол. университета. 2005. №2. ч.П С.84-85.

© С. Н. Михайлова - канд. техн. наук, доцент каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования КНИТУ, [email protected].

© S. N. Mikhailova - Associate Professor cafes. ICG and the AP, KNRTU, [email protected].