Способ определения теплофизических параметров

Союз Советскмк Соцмалмстмческмк РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЖИТЕЛЬСТВУ 1787957(22) Заявлено 27.10 78 (21) 267 93 39/18- 25с присоединением заявки Но(1) М ( 3 Г 01 Ь 1 13/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А. Г. 19 ашков, Т, Н. Абраменко, А, ь. Золотухинаи О. А. Коленчиц Ордена Трудового Красного Знамени институт тепло-. и массообмена им, А.В.Лыкова АН Белорусской ССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИК ПАРАРГТРОБ 1т)з. т т х где Изобретение относится к измерительной технике, используемой в молекулярной Физике и теплофиэике, и предназначено для определения коэффициента термодиффузии газовых смесей при вы соких температурах,Известны экспериментальные способы определения термодиффузионного разделения газовых смесей, заключающиеся в измерении разности концентрации, воз никшей в газовой смеси при наличии в ней температурного градиента. Основными из них являются способ 2-х балонного аппарата, качающегося разделителя и термодиффузионной колонки.Полученные экспериментальные значения термодиффузионного разделения используют для расчета коэффициента термодиффузии по формуле20 3)- коэффициент взаимной диффузии газовых смесей; д - термодиффузионная посто т янная; Х )е - концентрации компонентов газовых смесей 1. Все эти способы относятся к стационарным, так как измерение разделения газовых смесей осушествляетс я при установившемся температурном градиенте, который создается либо непосредственно нагревом стенок сосуда, содержащего газовую смесь, либо нагретой проволокой. Отсюда следует ограниченность температурного диапазона известных способов определения коэффициента термодиффузии, так как нагревание смесисвыше 20000 К в известных способахопределения термодиффузионного разделения не является возможным,Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является Способ определения коэффициента теплопроводности газовых смесей при высоких температурах 1000 - 6000 К) спомощью ударной трубы 2),По этому способу в исследуемой газовой смеси, находящейся в камере низкого давления ударной трубы, создают ударную волну, распространяющуюся вдоль трубы и отражающуюся от торцовой стенки камеры, измеряют поле скоростей и поле температур, затем на основе полученных результатов опреде 787957ляют коэффициент теплопронодности газовой смеси по форлуле 5где То, Т - температура торцовойстенки камеры низкого давления в начальный момент времени до прохожденияударной волны, и после отражения ударной волны соответственно; Т - температура исследуемого газа в среднейчасти (в пространстве) камеры низкогодавления эа отраженной ударной волной; р - плотность газа при температуре Т , рассчитываемая по уровню состояния; С - удельная теплоемкостьгазовой смеси при постоянном давлениии температуре ТА , , С - теплопроводность, плотность, теплоемкостьматериала торцовой стенки ударной(трубы при температуре Т 20По этому способу воздействие удар ной нолны на исследуемую смесь газовнагревает ее скачком в течение короткого времени так, что температурастенок ударной трубы повышается незначительно (при Т = 6000 К максимальное изменение температуры стенокударной трубы достигает37 О), чтопозволяет расширить температурный диапазон исследования свойств газовыхсмесей.Однако по иэнестному способу возможно определить лишь коэффициент теплопроводности газов и газовых смесей.Следует при этом заметить, что еслив ударной трубе исследуется газоваясмесь, то наряду с передачей теплатеплопроводностью под действием гра диента температуры возникает такжеперенос массы нследствие эффекта термической диффузии и тем больше, чем 40выше температура.Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей способа,Укаэанная цель достигается тем,чем дополнительно измеряют концентрацию газовой смеси за отраженной ударной волной н двух точках: у торцовойстенки в камере низкого давленияударной трубы и в средней ее части,и определяет коэффициент термодиффузии по формулеТ ат . - хрР.йгде Х - коэффициент теплопронодности55газовой смеси; Я - плотность исследуемой газовой смеси в камере низкогодавления при Т ; С - теплоемкостьисследуемой газовой смеси; хфффф ко нцентрация первой компоненты газовойсмеси у торцовой стенки за отраженной 0Ърударной волной; х ф - концентрацияпервой компоненты газовой смеси всредней части камеры низкого давленияза отраженной ударной волной; Т, -температура торцовой стенки низкого давления после отражения ударной волны; Т - температура газовой смесив средней части камеры низкого давления за отраженной ударной волной.(х ф - хф - неличина разделения газоф фной смеси),Предлагаемый способ кроме коэффициента теплопроводности позволяет определить коэффициент термодиффузиичто расширяет возможности теплофизйческого эксперимента.На фиг. 1 предстанлеча схема расположения датчиков в ударной трубе;на фиг. 2 - направление луча света,преломляемой трехгранной призмой,Рассмотрим устройство для определения коэффициента термодиффузии, реализующее предлагаемый способ н случае, когда н качестне датчиков концентрации газовой смеси используетсятрехгранная стеклянная призма с источником светового луча и Фотоприемником.Устройство содержит ударную трубу1 (Фиг. 1), разделенную мембраной 2на две камеры: камеру 3 высокого давления и камеру 4 низкого давления, Вкамере: 4 низкого давления установленыдатчики 5 поля температур и поля скоростей, соединенные с регистрирующимблоком, а также дне трехгранные стеклянные призмы 7 и 8, причем призма 7(фиг. 1 и 2) установлена н среднейчасти камеры 4 низкого давления, апризла 8 - вблизи торцовойстенки 9камеры 4 низкого давления.В этой же камере 4 установлены источники света 10 и 11 и Фотоприемники12 и 13, соединенные с регистрирующими блоками 14 и 15.Устройство, реализующее способ определения коэффициента термодиффузиипри высоки температурах, работаетследующим образом,В стационарном состоянии исследуемая смесь газов в камере 4 низкогодавления имеет некоторый постоянныйкоэффициент преломления, отличающийсяот коэффициента преломления стеклянной призмы. Поэтому луч 16 света(фиг, 1 и 2), выходящий из источника10 и падающий на поверхность призмы7, преломляется и попадает на Фотоприемник 12 по пути, обозначенномсплошной линией,Аналогично ведет себя луч света, проходящий и через призму 8, С разрывом мембраны 2 (фиг. 1 в камере 4 низкого давления создается ударная нолна, которая расгространяется вдоль ударной трубы 1, что фиксируется дат" чиком 5 поля скоростей, достигает торцовой стенки 9 и отражается. Воздействие ударной волны на исследуемую смесь газов нагревает ее скачком в течение короткого времени, что регистрир 7 ется блоком б. Одновременно вблизи торцовой стенки 9 после отражения ударной волны создается значи 78795тельный градиент температуры. Последний вызывает разделение газовой смеси в камере 4,вследствие чего изменяется концентрация смеси газов, приводящая к изменению коэффициентапреломления газовой смеси, При этомугол преломления светового луча 16(фиг. 2) призмой 7 изменяется и лучдостигает Фстоприемника 12 по одномуиз путей, обозначенных пунктиром,Фотоприемник 12, чувствительныйк изменению положения светового луча,вьдает сигнал на регистрирующий блок14 (фиг. 1) .Аналогичный процесс происходит ис гучем света, проходящим через приз.му 8.Таким образом, регистрирующие блоки 14 и 15 зарегистрируют величинуизменения концентрации газовг й смеси:блок 14 в средней части камеры 4,блок 15 вблизи торцовой стенки 9. Разница этих концентраций дает нам величину разделения газовой смеси привысокой температуре, т.е. х - х ,ткоторое используется для определейиякоэффициента термодиффузии по формуле(2) .В качестве датчика концентрациигазовой смеси мсжет, быть примененмонохроматический луч лазера, включенного по схеме интерферометра, Вэтом случае в средней части камерынизкого давления и у торцовой стенкив противоположных сторонах боковойповерхности проделываются окна дляпрохон,денив светового луча. В качестве регистрирующего блока может быть,использована скоростная кинокамера,Предлагаемый способ позволяет пропроводить определение коэффициентатермодиффуэии при более высоких температурах (1000 - 6000 К) по сравнениюизвестными способами и расширитьвозможности теплофизического эксперимента в сравнении с известным, а также не требует специальной термодиффузионной аппаратуры,Формула изобретенияСпособ определения теплоЛиэических параметров, включающий созданиеударной волны в камере низкого давления ударной трубы измерение поля скоРростей, поля температур и определениекоэффициента теплопроводности, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения функциональных воэ Оможностей способа, дополнительно измеряют концентрацию газовой смеси заотраженной ударной волной в двух точках: у торцовой стенки в камере низкого давлен я ударной трубы и в средней ее части, и определяют коэффициент 15 термодиффузии по ФормулеТ Г,т ) Х -хРСР пТ20где Л- коэффициент теплопроводностигазовой смеси; Я - плотность исследуемой газовой смеси в камере низкогодавления; С - теплоемкость исследуемой газовой смеси; х фф - концентрация первой компонентй газовой смесиу торцовой стенки за отраженной ударной волной; х фф - концентрация первой3компоненты газовой смеси в среднейчасти камеры низкого давления за от раженной ударной волной; Т - температура торцовой стенки как.еры низкогодавления после отражения ударной волны; Т - температура газовой смесив средней части камеры низкого давле ния за отраженной ударной волной.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Грю К.Э., Иббс Г,Л,Термичес -4 О кая диффузия в газах , ГИТТЛ, М.,1956, с. 57. 2. СоИ 1 пя О.; Ггс 1 П., Вгуяоп787957 оставитель С. Беловодченко ехред Н,Ковалева Короект ктор А.Долинич емчик аказ 8340/49 П фПатент, г. ужгород, ул. Проектная,Тираж 1019 ВНИИПВ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб