Фізика/ 8. Молекуляна фізика

К. т. н. Дзісь В. Г.^*, д.ф-м.н. Ніколюк П.К.^**, к.ф-м.н. Стасенко В.А.^***, Поспелов І.М.^***

^*Вінницький державний аграрний університет,Україна; ^**Вінницький кооперативний інститут,Україна; ^***Вінницький національний технічний університет,Україна

Коефіцієнти переносу цезію в газовій фазі

Пара лужних металів в інтервалі температур 700…2000 К та тисків 1…1500 кПа складається із атомарної и молекулярної компонент з незначною концентрацією кластерів та заряджених частинок. Концентрація молекул в парі однозначно визначається параметрами її стану – тиском і температурою. Таким чином, в’язкість та теплопровідність лужних металів в газовій фазі в данному інтервалі температур можна розглядати як процеси переносу в бінарній суміші розріджених ідеальних газів з врахуванням протікання в ній реакції дисоціації.

В’язкість та теплопровідність пари лужного металу можна виразити через два параметри: ефективні перерізи зіткнень “атом-атом” та відносні– “атом-молекула” [1]. Ефективні перерізи зіткнень “атом-атом” характеризують залежність в’язкості та теплопровідності одноатомної пари від температури, а відносні – їх залежність від концентрації двоатомних молекул, яка є функцією тиску та температури. Теорія [1] також дає можливість розв’язати обернену задачу – із експериментальних даних по в’язкості або теплопровідності одержати значення абсолютних перерізів зіткнень “атом-атом” та відносних перерізів зіткнень “атом-молекула” і, використовуючи їх, розрахувати коефіцієнти теплопровідності та в’язкості. Відмітимо, що перевагу слід надати значенням визначеним із експериментальних даних по в’язкості, оскільки ефект тиску у в’язкості значно більший ніж у теплопровідності, і крім того, у експериментах по теплопровідності пари цезію необхідно вимірювати малу різницю двох високих температур (DТ»10-30К, Т»1000-1700 К) та вводити ряд поправок. Найвагоміша із них - поправка на теплове випромінювання, яка залежить від температури та товщини адсорбційного шару цезію на поверхні вимірювальної комірки. Визначити поправку на ступінь чорноти з врахуванням впливу адсорбційного шару за традиційними методами [3,4,5,6,8,9,10,12] неможливо.

Залежність в’язкості і теплопровідності однотомної пари від температури в широкому інтервалі температури описуються лінійними залежностями:

, (3)

. (4)

За схемою ідеального дисоціюючого газу [1], залежність в’язкості та теплопровідності від температури та тиску (концентрації двоатомних молекул) описується рівняннями:

, (5)

, (6)

де – молярна доля двоатомних молекул в парі, коефіцієнти, які визначаються через перерізи зіткнень та термодинамічні константи, тепловий ефект реакції дисоціації при температурі , універсальна газова стала.

Одночасно в’язкість одноатомної пари та ефективні перерізи зіткнень атомів зв’язані між собою співвідношенням:

(7)

Для визначення невідомих параметрів із експериментальних даних по в’язкості потрібно мінімізувати цільову функцію

, (8)

де – експериментальне значення в’язкості, –похибка i-го значення в’язкості, – значення в’язкості при температурі обчислене, за схемою ідеального дисоціюючого газу [1].

Мінімізуючи цільову функцію (8), для експериментальних даних по вязкості пари цезію [2] при енергії дисоціації молекул Дж/моль [13], отримано:

Розраховано за рівнянням (7) ефективні перерізи зіткнень “атом-атом” (табл.1) пари цезію, узгоджуються з літературними даними (рис.1), що дає можливість, на основі отриманих параметрів , розробити таблиці коефіцієнтів в’язкості і теплопровідності в широкій області параметрів стану.

Таблиця 1

Ефективні перерізи зіткнень атомів цезію в газовій фазі ()

Т, К	700	800	900	1000	1100	1200	1300	1400	1500	1600	1700	1800
	37,8	36,0	34,6	33,3	32,1	31,0	30,1	29,2	28,4	27,6	26,9	26,3

Тиск пари на лінії насичення визначався за [15], термодинамічні константи, необхідні при розрахунку складу пари і теплопровідності, взяті з [16]. Результати розрахунків приведено в таблицях 2-4.

Таблиця 2

В’язкість цезію в газовій фазі

Т, К	Одноатомна пара,						Лінія насичення,
		P, кПа
		10	100	400	1000	1500
700	215,6						203,6
800	241,2	230,2					220,6
900	266,8	261,0					235,9
1000	292,2	288,9	264,1				250,2
1100	318,0	315,8	298,3				264,1
1200	343,6	342,0	329,3	298,1			277,9
1300	369,2	368,1	358,4	332,8	299,2		291,9
1400	394,8	393,9	386,4	365,3	334,8	316,7	306,2
1500	420,4	419,7	413,7	396,1	368,9	351,7	321,1
1600	446,0	445,4	440,5	425,6	401,4	385,4	336,4
1800	497,2	496,8	493,3	468,4	448,1	433,8	368,5
2000	548,4	548,1	545,4	536,9	521,5	510	-

Таблиця 3

Теплопровідність цезію в газовій фазі

Т, К	Одноатомна пара,						Лінія насичення,
		P, кПа
		10	100	400	1000	1500
1	2	3		4	5	6	7
700	50,6						62,9
800	56,6	64,9					71,5
900	62,6	65,9					78,6
1000	68,6	70,1	79,8				84,4

Продовження таблиці 3

1	2	3	4	5	6	7	8
1100	74,6	75,3	80,8				89,2
1200	80,6	81,0	84,1	90,3			93,4
1300	86,6	86,8	88,6	92,7	96,6		97,2
1400	92,6	92,7	93,8	96,5	99,3	100,4	100,9
1500	98,6	98,7	99,3	101,8	102,9	103,8	104,6
1600	104,6	104,6	105,0	106,1	107,3	107,9	108,4
1800	116,6	116,6	116,7	117,0	117,4	117,5	116,3
2000	548,4	548,1	545,4	536,9	521,5	510	-

Таблиця 4

Похибки коєфіцієнтів переносу при довірчій ймовірності

Т, К					Т,К
	h1	l1	hs	ls		h1	l1	hs	ls
£1650	3	3,5	5	6	>1650	4,5	6	10	10

Література:

1. Vagaftik N. B., Jargin V.S. Thermal conductivity and viscosity of the gaseous phase// Handbook of Thermodynamic and Transport Properties of Alkali Metals/ Ed.R/ Ohse.–Oxford, 1985. P.785-842.

2. Дзись В. Г., Степаненко И. Ф., Яргин В. С. Экспериментальное исследование вязкости цезия и рубидия в газовой фазе при высоких температурах /М.: МАИ, 1989. 38 с. Деп. ВИНИТИ № 4206-В90.

3. Варгафтик Н .Б., Керженцев В. В. Экспериментальное исследование теплопроводности пара цезия. -ТВТ. 1973, т.10, №1, с. 59-65.

4. Виноградов Ю. К. Экспериментальное изучение температурной зависимости теплопроводности паров цезия. - М.: МАИ, 1982, 16 с. Деп. ВИНИТИ №5064-82.

5. Тимрот Д. Л., Махров В. В., Свириденко В. И., Реутов Б. Ф. Эксперимен-тальное исследование теплопроводности паров цезия. - ТВТ, 1976, т.14, №1, с. 67-74.

6. Заркова Л. П., Стефанов Б. И. Экспериментальное определение коэффи-циента теплопроводности цезиевой плазмы. Докл. на Междунар. cимпоз. по свойствам и приложению низкотемпературной плазмы при XX Междунар. конгр. по теоретической и прикладной химии. М. 1965. с. 239-247.

7. Сидоров Н. И., Тарлаков Ю. В., Яргин В. С. Результаты экспериментального исследования вязкости паров рубидия и цезия. - Изв. вузов. Энергетика. 1975, №4, с. 96-101.

8. Тимрот Д. Л., Махров В. В., Реутов Б. Ф. Экспериментальные исследования теплопроводности паров рубидия. ТВТ. 1978. Т.16, №5, с. 943-945.

9. Варгафтик Н. Б., Студников Е. Л. Экспериментальное исследование теплопроводности паров рубидия. Теплоэнергетика. 1972, №2, с. 81-83.

10. Lee D. I., BonillaC.F. The viscosity of the Alkali Metal Vapors- Nucl. Eng. and Design, 1968, №5. p.455-469.

11. Виноградов Ю. К., Степанов В. Г. Измерение теплопроводности паров рубидия при температурах до 1700 К. / М.: МАИ, 1990. 36 с. Деп. ВИНИТИ №5114-В90.

12.Виноградов Ю. К. Разработка нестационарных методов исследования теплопроводности газов и измерение теплопроводности перспективных газовых теплоносителей. Автореферат дис. д-ра. т.н. М.: МЭИ, 1990. 34 с.

13. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Наука, 1972. 726 с.

14. ГСССД 12-87. Литий, натрий, калий, рубидий, цезий. Давление насыщенных паров при высоких температурах /А. Г. Мозговой,

В. В. Рощупкин, М. А. Покрасин и др. -М.: Изд-во стандартов, 1988. - 38 с.

15. Термодинамические свойства индивидуальных веществ:

Справочное издание. / Гурвич Л. В. и др. под ред. В. П. Глушко, 3-е изд., т.4. Кн.2. - М.: Наука, 1972, - 726 с