Ультразвуковые исследования равновесных свойств органических жидкостей

• Автор: Неручев, Юрий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 277 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА I. КРАТКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПРОБЛЕМ ФИЗИКИ-ЖИДКОСТИ

1.1. Статистические теории жидкостей

1.2. Модельные теории жидкости

1.3. Эмпирические и полуэмпирические соотношения, связывающие термодинамические и структурные свойства жидкостей
ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ИХ УПРУГИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НА КРИВОЙ РАВНОВЕСИЯ ЖИДКОСТЬ-ПАР

2.1. Общие замечания

2.2. Описание экспериментальной установки

2.2.1 Акустическая ячейка. Электронная часть

2.2.2 Оценка дифракционных и других эффектов

2.2.3 Автоклав. Система заполнения

2.2.4 Система термостатирования и измерения температуры
2.2.5 Контрольные измерения. Оценка погрешностей
2.2.6. Автоматизация процесса измерений
2.3.1. Общие принципы измерения теплоемкости
2.3.2. Метод монотонного режима. Динамический СР-калориметр
2.4. Методика измерения плотности жидкости на линии насыщения
2.5. Экспериментальная установка для измерения диэлектрической проницаемости
ГЛАВА III. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТОВ ИХ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НА ЛИНИИ НАСЫЩЕНИЯ
3.1. Скорость ультразвука в предельных углеводородах и их галогенозамещенных
3.2. Скорость ультразвука в ароматических углеводородах и их

галогенозамещенных
3.3. Скорость ультразвука в одноатомных спиртах
^ 3.4. Скорость ультразвука вблизи критической точки
3.5. Методика расчета теплофизических свойств жидкости на линии
® насыщения по данным о скорости звука
3.6. Сравнительный анализ теплофизических свойств исследованных жидкостей на линии насыщения
ГЛАВА IV. РАВНОВЕСНЫЕ СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ
ЖИДКОСТЕЙ В ДИСКРЕТНО-КОНТИНУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ
Общие замечания
4.1 Уравнение состояния
4.2 Критичесхсая область
# 4.3 Гипотеза о существовании дополнительных сил связи. Критический
показатель Д
4.4. Равновесные свойства «простой» жидкости в однофазной области.
^ Прогнозирование параметров спинодали
4.5. Изохорная теплоемкость «простых» жидкостей
4.6. Межмолекулярные силы в «простых» жидкостях
ГЛАВА V. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАВНОВЕСНЫХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ И ИХ БИНАРНЫХ СМЕСЕЙ
5.1. Расчет дисперсионных констант для галоидных углеводородов и их бинарных смесей с н-алканами
5.2. Приведение уравнения состояния к интегральной форме
® 5.3. Расчет отношения теплоемкостей органических жидкостей в
дискретно-континуальной модели
5.4. Оценка тепловых эффектов в бинарных системах с цепочными молекулами
5.5. Прогнозирование теплоемкости жидкости вблизи критической точки по данным о скорости звука
| 5.6. Особенности диэлектрических свойств полярных жидкостей
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
0 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ Создание общей теории жидкого состояния является одной из важнейших проблем современной физики. В этой связи экспериментальные и теоретические исследования равновесных свойств органических жидкостей, принадлежащих различным гомологическим рядам, весьма актуальны.
Фундаментальные соотношения равновесной термодинамики, устанавливают тесную связь между упругими и калорическими свойствами вещества. В связи с этим изучение процесса распространения ультразвуковых волн в жидкостях и газах в сравнительно широком интервале параметров состояния и частот представляет несомненный научный и практический интерес. Данные измерений скорости звука являются важнейшим источником информации об упругих и теплофизических свойствах конденсированных систем.
Заметный вклад в общий массив достоверных данных по скорости звука в органических веществах при различных температурах и давлениях, в том числе и для критической области, внесла лаборатория молекулярной акустики Курского государственного университета. Здесь при активном участии автора была разработана и широко использована оригинальная импульснофазовая ультразвуковая установка для исследования жидких и газообразных сред. Полученный с помощью этой установки эмпирический материал позволяет по-новому взглянуть на существующие проблемы физики жидкости и предложить приемлемую физическую модель, учитывающую особенности структуры и характера межмолекулярных сил простых конденсированных систем. Это дает возможность надежно прогнозировать равновесные свойства вещества в широкой области параметров состояния. Модель, предложенная автором, является обобщением большого эмпирического и теоретического материала. Она учитывает известные результаты отечественных и зарубежных исследователей.
В работе представлены результаты многолетних экспериментальных и
деляющее относительную погрешность измерений скорости звука, обусловленную дифракцией ультразвуковых волн:
В приведенном выражении а - диаметр пьезоизлучателя, Я - длина ультразвуковой волны, Ь - длина акустического пути.
Поправки, связанные с трением (волна - стенка), из-за значительного удаления акустического пути от стенок автоклава и других поверхностей, и наличие адсорбционного слоя на поверхности пьезопластин не учитывались. Юстировка параллельности пластин проводилась по максимуму амплитуды и наличию «правильной» формы сигнала (рис.2.3). Введение поправок, обусловленных указанными эффектами, имеет существенное значение при измерении коэффициента поглощения ультразвуковых волн.
Таким образом, при использовании стандартных излучателей диаметром 15-20 мм, работающих на частотах 1-5 МГц, и длине акустической базы ячейки 15-20 мм, общая погрешность импульсно-фазового метода без ошибки отнесения не превышает 0,1%.
2.2.3. Автоклав. Система заполнения
Важнейшей частью установки является автоклав высокого давления. Конструкция автоклава, использованного при измерениях скорости звука на линии насыщения, представлена на рис.2.5. Автоклав представляет собой толстостенный цилиндр с внутренним цилиндрическим каналом, изготовленный из нержавеющей стали 18 ХНВА. Крышка 2 и корпус автоклава 1 скрепляются болтами через тефлоновые или каутазитовые прокладки 8. На крышке автоклава смонтировано устройство 3 для вакуумирования и заполнения измерительной камеры исследуемой жидкостью. Это устройство состоит из запорной иглы, сальника и двух штуцеров. Перед заполнением автоклав вакуумировался форвакуумным насосом, создававшим разрежение
(2.2.4)