Устройство для определения тепломассообменных характеристик газовых смесей Советский патент 1988 года по МПК G01N25/00 

Изобретение относится к измериельной технике, используемой в тепофизике и молекулярной физике, и ожет быть использовано для определеия тепломассообменных характеристик азовых смесей (фактора термодиффу- зии, коэффициента диффузии и теплоты мешения газов).

Целью изобретения является расшиение функциональных возможностей утем обеспечения одновременного определения фактора термодиффузии, коэффициента диффузии газовой смеси теплоты смешения газов.

На чертеже показана схема устройства для определения тепломассообенных характеристик газовых смесей.

Устройс тво содержит газосмесительную систему 1, помещенный в термостат катарометр 2, выполненный в виде блока из двух сообщающихся камер 3 (измерительная) и 4 (сравнительная) , соединенных с измерительным блоком 5, термостатируемый сосуд 6, соединительную трубку 7, дополнительный термостатируемый сосуд 8, управляемые клапаны 9 и 10, блок 11 управления и вентили 12 и 13.

Сравнительная камера 4 катаромет- ра соединена с помощью управляемого клапана 9 с измерительной камерой 3 и с помощью вентиля 12 с газосмесительной системой 1. Термостатируемый сосуд 6 расположен над измерительной камерой 3 катарометра 2 и соединен с ней с помощью соединительной трубки 7. Дополнительный термостатируе- мьй сосуд 8 соединен через вентиль 13 с газосмесительной системой 1 и с помощью управляемого клапана 10с термостатируемьм сосудом 6.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в газосмесительной системе установлен вакуум, в катарометре 2 - температура Т (обычно комнатная), а в термостати- руемьпс сосудах 6 и 8 - температура Т (например, Т 50-500 К), В дополнительном термостатируемом сосуде 8 температура может быть несколько выше, т.е. Т + с/ . Величина / выбирается равной падению температуры смеси газа при переходе его из сосу-, да 8 в сосуд 6 за счет дроссель- эффекта (например, при запуске аргона из сосуда V , находящегося при Т 100 К и Р 1 МПа, в сосуд V

при Т 100 К, Р 0.1 МПа падение температуры газа в сосуде V за счет дроссель-эффекта составляет около

2 к). В результате из времени релаксации исключается время подогрева газа в сосуде 6. Все вентили и клапаны закрыты. Из газосмесительной системы через вентили 12 и 13 подают

газовую смесь в сосуды 4 и 8 до определенного давления, причем в сосуд 4 - до давления 2 Р, где Р - давление, при котором должен осуществляться эксперимент, например

0,1 МПа. После прогревания газовой смеси с помощью блока 11 управления открывают одновременно клапаны 9 и 10, заполняют сосуды 3 и 6 до давления Р, а также включают измерительный блок катарометра 2, предназначенный для регистрации изменения концентрации и времени релаксации.

В соединительной трубке 7 под в.лиянием градиента температуры лТ

Т - Т начинается процесс термодиффузии. Так ка к в сосуды 3 и 6 поступает газовая смесь с уже установ-. ленной температурой, а заполнение этих сосудов происходит почти мгновенно, то влияние на процесс термодиффузии температурных изменений газовой смеси исключается. В результате этого с помощью измерительной системы катарометра регистрируют изменение концентрации газовой смеси л г. и чистое время релаксации L , фактор термодиффузии определяют по формуле

о1 Л-к / In

где у., Xi - концентрация компонент

газовой смеси,

а коэффициент диффузии - по соотношению

5

Dn

где L

fl д

УТ-У У, + У.

lilnll- Т Т

0

У.. У« Тф1 J 1

длина и поперечное сечение соединительной трубки 7 j

объемы сосудов 6 и 3 (обычно УТ/У,;, 50-80); температуры сосудов 6 и 3;

йТ

Ti 1Для определения фактора термодиффузии и коэффициента диффузии при различных давлениях сосуды 3 и 6 заполняют из сосудов 4 и 8 дополнительной порцией газовой смеси. Так как дополнительная порция газа имеет уже установленную температуру, то время, необходимое для нагревания, из эксперимента исключается, а подготовка измерений при давления Р,, Р, РЗ и т.д. сдвоится лишь к запуску дополнительных порций газовой смеси. При этом, зная фактор термодиф- фузии при давлении Р и Р, с помощью измерительного блока определяют теплоту смешения газов по формуле ,Н RT-%a( « гр ),

I -.« - r-,j -r-j

где . , d - фактор термодиффу- т 1 зии при давлении Р и Р, (Р, РЛ) соот ветственно

R - универсальная газовая постоянная; Т - средняя температура

опыта.

Таким образом, изобретение позволяет определять в одном эксперименте одновременно несколько характеристик (фактор термодиффузии газовой смеси, коэффициент диффузии газовой смеси и теплоту смешения газов), следовательно, сократить время проведения эксперимента при различных давлениях и повысить точность определения указанных характеристик за счет исключения трудно учитываемых погрешностей, вызьюаемых тепловыми и вакуумными явлениями при запуске холодной газовой смеси в нагретый сосуд.

g

5

0

5 О

5

Формула изобретения

Устройство для определения тепло- массообменных характеристик газовых смесей, содержащее газосмесительную систему, катарометр, соединенный с газосмесительной системой и содержащий сообщающиеся между собой измерительную и сравнительную камеры, соеди-. ненные с измерителем концентрации, термостатируемый сосуд, расположенный по одной оси с измерительной ка- мероц катарометра, сообщающийся с ней с помощью соединительной трубки и соединенный с газосмесительной системой, вентили, установленные на входе термостатируемого сосуда, на входе катарометра, отличающее- с я тем, что, с целью рас1Ш1рения функциональных, возможностей устройства за счет одновременного определения фактора термодиффузии, коэффициента диффузии газовой смеси и теплоты смешения газов, оно дополнительно содержит второй термостатируемьй сосуд, управляемые клапаны, блок управления их включением, причем термостатируемый сосуд соединен с газосмесительной системой через второй термостатируемый сосуд, управляемые клапаны установлены между камерами катарометра и термостатируемыми сосудами и соединены с блоком управления, который,в свою очередь, соединен с .измерителем концентрации.

/3

Изобретение относится к измерительной технике, используемой в теплофизике и молекулярной физике,и предназначено для определения тепло- физических характеристик газовых смесей (фактора термодиффузии, коэффициента диффузии, теплоты смешения газов). Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет одновременного определения фактора термодиффузии, коэффициента диффузии и теплоты смешения газов. Устройство содержит газосмесительную систему, помещенный в термостат катарометр, выполненный .в виде блока из двух сообщающихся камер (измерительной и сравнительной), соединенных с измерительным блоком. Устройство содержит также термоста- тируемьй сосуд, соединительную трубку, дополнительньш термостатируемый сосуд, управляемые клапаны, блок управления и вент1-ши. Сравнительная камера катарометра соединена с помощью управляемого клапана с измерительной камерой и с помощью вентиля с газосмесительной системой. Термостатируемый сосуд расположен над измерительной камерой катарометра и соединен с ней с помощью соединительной трубки. Дополнительный те.рмоста. тируемый сосуд соединен через вентиль с газосмесительной системой и с помощью управляемого клапана с тер- мостатируемым сосудом. Так как в камеры поступает газовая смесь с уже установленной температурой, а заполнение этих сосудов происходит одновременно, то влияние на процесс термодиффузии температурных изменений газовой смеси исключается, что дает , возможность зарегистрировать с помощью измерительной системы катарометра чистое время релаксации, необходимое для определения коэффициента диффузии, и изменение концентрации газовой смеси, необходимое для определе,ния фактора термодиффузии и теплоты I смешения, 1 ил. 1 л 00 о 00

12

IM±