Исследование зависимости термодиффузионного разделения бинарных систем газов от давления при различных концентрациях и температурах

• Автор: Белалов, Владислав Равильевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Смоленск
• Количество страниц: 189 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Обзор теоретических и экспериментальных методов исследования молекулярного массопереноса в неизотермических условиях
1.1 Физические явления возникающие в газах в неизотермических условиях
1.2 Явление транспирации (теплового скольжения)
1.3 Термодиффузионные потоки чистых газов и бинарных смесей газов
1.4 Термодиффузионное разделение в газах
1.5 Зависимость термодиффузионного разделения в газах от давления
2. Установки и методы измерения термодиффузионного разделения в умеренно-плотных бинарных газовых смесях
2.1 Экспериментальные установки для измерения термодиффузионного разделения в умеренно-плотных газах
2.2 Зависимость термодиффузионного разделения от соотношения объемов холодной и горячей областей газа
2.3 О средней температуре молекулярного массопереноса в неизотермических условиях
3. Результаты эксперимента и расчет термодиффузионного разделения
в умеренно-плотных бинарных газовых смесях
3.1 Метод расчета термодиффузионного разделения в умеренноплотных газовых системах на основе теории Максвелла-Больцмана-Джинса
3.2 Исследования термодиффузионного разделения в газовых системах при различных давлениях
3.3 Термодиффузионное разделение в бинарных системах газов при различных концентрациях, температурах и давлениях. Эксперимент
и расчет
Выводы
Список литературы

Приложение 1. Оценка достоверности экспериментальных данных
по термодиффузионному разделению бинарных газовых систем
Приложение 2. Таблицы экспериментальных и расчетных значений термодиффузионного разделения исследованных газовых систем
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Значительное число технологических процессов тепло- и массопереноса протекает в газовой среде в неизотермических условиях. В первую очередь, к ним относится макроскопическая химическая кинетика [1], основной задачей которой является изучение химической реакции в реальных условиях, когда на химический процесс налагаются другие физические явления. Важнейшими из этих физических процессов являются: во-первых, диффузия исходных веществ и продуктов реакции, во-вторых, выделение и распространение тепла. Одним из основных разделов макроскопической кинетики является диффузионная кинетика, изучающая роль диффузии в протекании гетерогенных химических реакций для тех случаев, когда влиянием тепловых факторов можно пренебречь. Кроме того, молекулярный массоперенос в неизотермических условиях играет важную роль в аэротермохимии [2], задачах горения [3], в установках по разделению изотопов [4] и многих других процессах и установках [5-7].
В неизотермических условиях в газах может одновременно протекать несколько физических процессов: концентрационная диффузия,
термодиффузия, термодиффузионный бароэффект, тепловое скольжение. Каждое из этих явлений использует свои характеристики, зачастую однозначная связь между ними до конца не установлена, и по одним характеристикам невозможно надежно вычислить другие. Попытка вычисления всех характеристик с единой точки зрения была предпринята с позиций так называемой строгой кинетической теории [8-10], термодинамики необратимых процессов [11, 12] и элементарной кинетической теории [13-17].
В работе [18] Мончиком и Мэйсоном в общем виде была показана эквивалентность строгой и элементарной кинетических теорий.
В целом история исследования термодиффузии насчитывает более ста лет. В 1911 году Энског [5] и, независимо от него Чепмен [19], разрабатывая кинетическую теорию неоднородных газов, теоретически установили, что

В результате интегрирования получим

ХС2 У
ХС2 У 7,
(1.30)
где Ь = ^т2 / т, .
Используя уравнение (1.30), в принципе можно рассчитать значение концентраций, установившихся в сосудах при температуре Т2 и 7) в установке конкретной геометрии, если каким-либо способом определить значения а. Соотношение (1.30) можно также использовать для нахождения а через экспериментально измеряемые величины с[т,], с,(Ч Тн Т
(1.31)
[, ^(сГ2 /с2 )
1 пТ2/Тх 6-1 с?
Так как чаще в экспериментах измеряется не с^' с,Г:), а изменение состава смеси газов (ТДР) Дсь то а удобнее выразить через Дс или аг. Соотношение (1.31) можно записать в виде
Ас — с,'

V 2 у г
V 2 /г,

(1.32)
или, используя связь с.
Й) „Й) „ _Й) _й)
и с, % с], через Дс можно получить

(п + і)іп

2с, - Ас)
—!--------- +ИІП
ч 2с, + Дс )
ґ 2с, - ДсЛ ч2с, + Дсу
nTJT,
(1.33)
где 11 =

Уравнение (1.33) может служить для нахождения а через величину изменения состава Дс. Величина Дс, в свою очередь, для известных а, может быть найдена из решения уравнения (1.33). Решение уравнения (1.33) относительно Дс можно записать в следующем виде: