Дипломдық ЖҰмыс тақырыбы: «Әр түрлі қысымдағы сутегі қоспасының аммиакпен техникалық ылғалды газдарының диффузиясын өлшеу» 5B072300 «Техникалық физика»
жүктеу/скачать 0,76 Mb.
|
Äèïëîìäû? Æ?ìûñ òà?ûðûáû «?ð ò?ðë³ ?ûñûìäà?û ñóòåã³ ?îñïàñûíû?
| 1.2 Газдардың бинарлы қоспасы
Бинарлы газ қоспаларындағы өзара диффузия коэффициенті D12 (ӨДК) келесідей , (30) мұндағы, -көлем бірлігіндегі і-ші компоненттің орташа жылдамдығы, концентрациясы және бөлшектердің саны. ӨДК бір заттың екіншісіне өзара ену жылдамдығын сипаттайды. Өрнек (30) анықтамалық жүйелерге қатысты инвариантты, ал D12 басқа әдістермен енгізілген ӨДК арқылы көрсетілуі мүмкін. қатынасын анықтау үшін (30) түрінде берілген теңдеумен толықтыру қажет: (31) мұндағы, - қоспаның кейбір сипаттамалық жылдамдығы, оны таңдау әрдайым айқын бола бермейді, , - өлшемсіз коэффициенттер. Жабық жүйелердегі өзара диффузия жағдайында идеалды газ қоспалары үшін (31): (32) Жабық құрылғылардағы компоненттердің өзара диффузиясы кезінде газ молекулаларының өзара әрекеттесуінің әр түрлі қималары мен әртүрлі қозғалғыштығына байланысты диффузиялық бароэффект деп аталатын қысым айырмашылығы пайда болады. Жеңіл және үлкен көлденең қимасы бар молекулалар капиллярдан өтіп, аппараттың колбаларын ауырға қарағанда тезірек және кішірек қимамен байланыстырады, сондықтан колбалардың бірінде олар көп болады, бұл қысымның жоғарылауына әкеледі. Өзара диффузиядағы қысымның гетерогенділігі аз, бірақ оларды елемеуге болмайды, өйткені бұл гетерогенділікке байланысты тұтқыр ағынның жылдамдығы диффузиялық жылдамдықпен бірдей. Колбалардағы Р қысымының ауытқуы қатаң тұрақты шама емес, бірақ газдарды араластырудың тән уақытымен баяу босаңсытады: мұндағы V, L, S - тиісінше аппарат колбаларының көлемін, арнаның ұзындығы мен қимасының ауданын сипаттайтын геометриялық параметрлер. Кнудсеннің Кn кіші сандары үшін мәні колбалардағы қысым айырмашылығының тұтқыр релаксация уақытынан көп: мұндағы, -қарастырылып отырған капиллярлық бөлімдегі қоспаның динамикалық тұтқырлығы. Егер Кn˂˂1 болса, онда ˂˂ кезінде жабық жүйелерде квазистационарлық диффузия режимі орнатылады, онда қысым градиенттерінің өрістерін тиісті концентрациялық градиенттерге "түзету" жүреді. Араластыру процесінде P-нің одан әрі өзгеруі тән уақытпен жүреді. Қысым градиентінің баяу өзгеруін елемей (Кn˂˂1), квазистационарлық диффузияның жағдайын келесідей жазамыз: (33) 1 суретте көрсетілген ұзын капиллярмен байланысқан тең көлемдегі екі колба жүйесін қарастырамыз. Бұл жағдайда капилляр осі z осіне сәйкес келеді деп есептей отырып, біз бір өлшемді тасымалдау сипаттамасына ауысамыз. (33) соңғы- айырымдылық түрінде жазамыз: . (34) Шамдардағы компоненттер бөлшектері санының сақталу теңдеулері келесідей анықталады: (35) Содан кейін квази-стационарлы диффузия келесі шарты қатынастарды қамтиды. 1 сурет. Өлшеудің негізгі әдістері ұяшықтарының схемалары: а) екі бағанды әдістің диффузиялық ұяшығы; б) стационарлық ағынды әдістің диффузиялық ұяшығы (30), (32), (35) және колбадағы концентрация айырмашылығының уақытқа тәуелділігін есептеуге мүмкіндік береді (36) Колбалардың радиусы бойымен концентрацияның таралуын есепке алу үшін (колбалардың диффузиялық кедергісі) капиллярдың геометриялық ұзындығынан оның тиімді мәніне өтуге болады: Lэф=L+ad (37) мұндағы d- капилляр диаметрі, а = (0,745 ±0,012). Қорытындылай келе, екі колбаның әдісі тығыз (идеалды емес) газдардағы диффузияны зерттеу үшін де сәтті қолданылатынын атап өтеміз, оны осы саладағы жұмыстардың жеткілікті санымен бағалауға, бірақ мұндай қарастыру осы зерттеудің шеңберінен шықпайды. Бұл әдістің ерекшелігі – «диффузиялық көпір» арқылы жүзеге асырылатын стационарлық диффузияны жүзеге асыру мүмкіндігі. Әдістің схемалық диаграммасы 2 суретте көрсетілген. Құбырлар арқылы АА' және ВВ ' -та белгілі көлемді v1 және v2 жылдамдықтары бар таза газдардың ламинарлық ағындары қозғалады. Құбырлар капиллярмен K көлденең қимасы S және ұзындығы L арқылы қосылады. АА' құбырынан шыққан бірінші газ капилляр бойымен ВВ'-қа таралады және екінші газ ағыны К капиллярдың соңынан шығады. Екінші газ да осылай әрекет етеді. Компоненттердің көлемді ішінара ағындары түрінде болады: (38) мұндағы Dі - і-ші компоненттің диффузиясының нақты коэффициенті, V-қысымның төмендеуіне байланысты гидродинамикалық жылдамдық. Қатаң изобаризм кезінде qi үшін (38) теңдеулердегі екінші қосылғышы нөлге тең болады, ал компоненттерді беру тек диффузия арқылы жүзеге асырылады. Dі коэффициенттері қоспаның құрамына тәуелді емес және Концентрациялардың сызықтық таралуы капиллярда орнатылады деп есептей отырып, сызықтық жуықтаудағы теңдеулер жүйесін (38) келесідей жазуға болады: (39) Диффузиялық капиллярдың берілген геометриясында ішінара ағындар мен компоненттердің концентрациясы өлшенеді; АА' және ВВ ' құбырларының кірісі мен шығуында компоненттердің ДНК анықтауға болады. Сәйкес (39) жуықтауды есепке алу кезіндегі өзара диффузия режимі парциалды көлемдік ағындардың теңдігін ескере отырып, бірлескен шешімнен (38) анықталады q=q1=q2 компоненттер және қатынасы арқылы анықталады: (40) Авторлар [31] қатаң кинетикалық теория аясында ДНК мен (30) ӨДК келесі түрдегі белгілі бір байланыс алды (41) мұндағы σ - диффузиялық сырғу коэффициенті. [31] атап өткендей, ДНК D1 D2, σ сияқты, тек газдар қоспасының ғана емес, сонымен қатар канал бетінің де сипаттамалары болып табылады. Больцман теңдеуінің шешімінен алынған тепе-тең емес үлестіру функциясын қолдануға негізделген қатаң кинетикалық теория аясында тасымалдау коэффициенттері мен молекулалардың сипаттамалары арасында байланыс орнатылады. Өзара диффузия коэффициенті үшін келесі қатынас алынды: (42) мұндағы D12- бірінші жуықтаудағы ӨДК; n-көлем бірлігіндегі молекулалар саны; -әр түрлі сортты cфералық молекулалардың молекулааралық өзара әрекеттесу потенциалының параметрлері; - соқтығысудың келтірілген интегралы [20]; m1, m2 - молекулалардың массалары. Эксперименттік деректерді теориялық мәліметтермен салыстырмалы талдау идеалды қоспалар үшін екі колба ӨДК әдісімен өлшеу қателігі температура мен қысымның кең аймағында 1-3% құрайды, ал фреоны бар қоспалар үшін 3-6 %. [32] зерттелген барлық идеалды қоспалардағы ӨДК концентрациясының тәуелділігі 3-5% аспайды, бұл қатаң кинетикалық теория шеңберіндегі есептеулерге сәйкес келеді. Ұқсас нәтижелер стационарлық ағындық әдіспен өзара диффузияны зерттеу кезінде алынды. 8-кестеде эксперименттік зерттелген бірқатар бинарлы жүйелер туралы мәліметтер келтірілген, олар көп компонентті тасымалдау кезінде әрі қарай зерттеледі, сонымен қатар фреон-12 құрамындағы бинарлы қоспалардың ӨДК-сын автор өлшейді. 8-кестеде зерттеудің барикалық және температуралық диапазоны, өлшеу әдістері көрсетілген. 8 кесте
Термодинамикалық параметрлердің аудандары және қалыпты жағдайға келтірілген кейбір бинарлы газ қоспаларының өлшенген ӨДК мәндері келтірілген. жүктеу/скачать 0,76 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|