RU2812178C1 - Способ определения коэффициента конденсации твердого вещества - Google Patents
Способ определения коэффициента конденсации твердого вещества Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812178C1 RU2812178C1 RU2023114082A RU2023114082A RU2812178C1 RU 2812178 C1 RU2812178 C1 RU 2812178C1 RU 2023114082 A RU2023114082 A RU 2023114082A RU 2023114082 A RU2023114082 A RU 2023114082A RU 2812178 C1 RU2812178 C1 RU 2812178C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- temperature
- coefficient
- vacuum chamber
- condensation
- Prior art date
Links
- 238000009833 condensation Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000005494 condensation Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 3
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано для измерения коэффициента конденсации льда. Предлагаемый способ заключается в том, что образец льда, температура которого с помощью теплопровода поддерживается постоянной, помешают в вакуумную камеру, температура стенок которой выше температуры льда и поддерживается постоянной, и регистрируют стационарное значение давления, устанавливающегося в вакуумной камере в процессе сублимации. Измеряют температуру поверхности льда и стенок вакуумной камеры и с помощью математической формулы, в которую входят указанные величины, а также давление насыщенных паров Н2O и значение коэффициента сублимации льда, получают значение коэффициента конденсации. Техническим результатом изобретения является разработка способа измерения коэффициента конденсации льда с погрешностью в случае льда не более 16% в диапазоне температур поверхности и температур Tv падающих молекул . 1 ил.
Description
Изобретение относится ж области экспериментальной физики и может быть использовано для измерения коэффициента конденсации льда.
Знание точного значения коэффициента конденсации льда необходимо для правильного моделирования процессов облакообразования. Дополнительный интерес к проблеме определения коэффициента конденсации льда обусловлен тем, что, гетерогенные химические реакции на кристаллах льда играют существенную роль в образовании озоновой "дыры" над Антарктидой (Haynes D.R., Tro N.J., George S.M. Condensation and Evaporation of H2O on Ice Surfaces. //I Phys. Chem. 1992. V. 96. №21. P. 8502).
Кроме того, в связи с расширяющимися исследованиями Марса и Титана для моделирования процессов облакообразования в их атмосферах представляет интерес знание коэффициента конденсации сухого льда (твердого СO2), а также метана (СH4) и этана (С2Н6).
Известен способ определения коэффициента конденсации льда, когда с помощью интерференционного метода измеряется скорость изменения толщины тонкой пленки льда, находящегося в вакуумной камере, измеряются температура льда, а также температура и давление паров в камере, а затем по известным формулам определяется коэффициент конденсации. (D.R. Haynes, X.J. Tro, S.M.George Condensation and Evaporation of H2O on Ice Surfaces. J. Phys. Chem., 1992, v. 96, pp. 8502-8509).
Недостатком этого способа является необходимость использования сложной и дорогостоящей аппаратуры.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ определения коэффициента конденсации льда, изложенный в (D.R, Haynes, N J. Tro, S.M. George Condensation and Evaporation of H2O on lee Surfaces. J. Phys. Chem., 1992, v. 96, pp. 8502-8509). В прототипе при определении коэффициента конденсации помимо различной дорогостоящей аппаратуры для измерения скорости изменения толщины образца льда на подложке, так же, как и в данном изобретении используется вакуумная камера и образец льда внутри нее. В ней также измеряются температуры льда и стенок камеры. В предлагаемом способе в отличии от прототипа при определении коэффициента конденсации измеряется установившееся давление паров в камере и используется известное значение коэффициента сублимации, а толщина образца не меняется и не используется дорогостоящая аппаратура для ее измерения.
Основным недостатком этого способа является необходимость использования сложной и дорогостоящей аппаратуры.
Задачей изобретения является создание более простого и одновременно надежного метода измерения коэффициента конденсации льда и других твердых веществ.
Техническим результатом изобретения является разработка способа измерения коэффициента конденсации льда с погрешностью в случае льда не более 16% в диапазоне температур поверхности и температур Tv падающих молекул
Технический результат изобретения достигается тем, что образец льда помещают в вакуумную камеру, термопарами измеряют его температуру и температуру стенок камеры, которая выше температуры образца, а также измеряют манометром установившееся значение давления паров Н2O в камере, и с помощью измеренных величин и известных давления насыщенных паров Н2О и коэффициента сублимации определяют значение коэффициента конденсации.
На фигуре 1 представлена принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит вакуумную камеру 1, образец льда 2, металлическую подложку с термопарой 3, теплопровод 4, манометр 5, термостат с хладагентом 6 (см. фигуру 1).
Предлагаемый способ состоит из следующих действий: помещают образец льда, температура которого с помощью теплопровода поддерживается постоянной в вакуумную камеру, температура стенок которой выше температуры образца льда и также поддерживается постоянной, манометром регистрируют стационарное значение давления, устанавливающегося в вакуумной камере в процессе сублимации, термопарами измеряют температуру поверхности образца льда ж стенок вакуумной камеры и с помощью математической формулы, в которую входят указанные величины, а также давление насыщенных паров H2О и коэффициент сублимации, получают значение коэффициента конденсации.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Образец льда (2) помещают в вакуумную камеру (1) на металлическую подложку (3), соединенную с теплопроводом (4) с помощью которого температуру льда Ts, измеряемой термопарой, поддерживают однородной и постоянной. Температура стенок вакуумной камеры Т, отличающаяся от температуры льда, также поддерживается однородной и постоянной. В вакууме лед начинает сублимироваться, давление пара возрастает, достигая за доли секунды стационарного значения , которое регистрируется манометром, способным измерять давление в диапазоне 10-7-10-4 мм. рт.ст. Формула для определения коэффициента конденсации имеет вид
где Ts - температура льда» Tv - температура стенок вакуумной камеры, Ps - давление насыщенных паров Н2O при температуре Ts, γ - коэффициент сублимации льда.
Если температура стенок вакуумной камеры Tv равна температуре льда Ts то давление Pv должно стать равным Ps (согласно определению величины давления насыщенных паров при температуре Ts). Это обстоятельство может быть использовано для проверки правильности измерений Tv, Ts и Pv, поскольку измеренное значение Pv при должно быть равно значению PS(TS), известному из справочных таблиц.
Формула (1) справедлива для свободно молекулярного режима сублимации и конденсации. Это накладывает следующее ограничение
где - длина свободного пробега молекул, a D - характерный размер образца. Длина свободного пробега зависит главным образом от давления в вакуумной камере, которое в свою очередь связано с температурой образца. При D~0,5 см из (2) с учетом зависимости I от указанных величин следует, что в случае льда Ts≤210 K.
В температурном диапазоне , значения Ts и Tv могут быть измерены и поддерживаться постоянными с погрешностью менее 0.2K. Значения Pv и Ps могут быть определены с погрешностью менее 5%. Значение коэффициента сублимации льда известно с точностью 6%,
Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерить величину коэффициента конденсации льда в диапазоне температур , с погрешностью менее 16%.
Claims (3)
- Способ определения коэффициента конденсации льда, включающий помещение образца льда в вакуумную камеру, измерение температуры образца льда, находящегося в вакуумной камере, измерение температуры стенок камеры, которая выше температуры образца, причем дополнительно измеряют стационарное давление паров образца льда в камере Pv, а коэффициент конденсации α льда определяют по формуле
-
- где Ts - температура льда, Tv - температура стенок вакуумной камеры, Ps - давление насыщенных паров при температуре Ts, γ - коэффициент сублимации льда.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2812178C1 true RU2812178C1 (ru) | 2024-01-24 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2063021C1 (ru) * | 1992-09-21 | 1996-06-27 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф. Н.Е.Жуковского | Способ определения коэффициента сублимации твердого вещества |
| WO2016146959A1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-09-22 | Statoil Petroleum As | Dew point and carry-over monitoring |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2063021C1 (ru) * | 1992-09-21 | 1996-06-27 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф. Н.Е.Жуковского | Способ определения коэффициента сублимации твердого вещества |
| WO2016146959A1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-09-22 | Statoil Petroleum As | Dew point and carry-over monitoring |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| D.R. Haynes, N.J. Tro, S.M.George Condensation and Evaporation of on Ice Surfaces. J. Phys. Chem., 1992, v.96, pp.8502-8509. Бутковский А.В. "О возможности экспериментального определения коэффициента конденсации льда при лазерной сублимации вблизи точки плавления", ТВТ, 1994, том 32, выпуск 5, С.793-797. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Duda et al. | Sorption apparatus for diffusion studies with molten polymers | |
| Phillips et al. | Liquid viscosity of halocarbons | |
| CN108398094B (zh) | 基于k范围温度变化斜率曲线交点的涂层厚度检测方法 | |
| Ernst et al. | Ideal and real gas state heat capacities Cp of C3H8, i-C4H10, CH2ClCF3, CF2ClCFCl2, and CHF2Cl | |
| RU2812178C1 (ru) | Способ определения коэффициента конденсации твердого вещества | |
| Burgass et al. | Development of a new method for measurement of the water dew/frost point of gas | |
| Edwards et al. | Calibration, response, and hysteresis in deep-sea dissolved oxygen measurements | |
| CN106404610B (zh) | 一种水合物动力学抑制剂的评价方法及其在筛选中的应用 | |
| Siddiqi et al. | Combined experiments to measure low sublimation pressures and diffusion coefficients of organometallic compounds | |
| US9816951B2 (en) | Method for determining a volume thermal expansion coefficient of a liquid | |
| Connor | Ultrasonic dispersion in oxygen | |
| CN104897716A (zh) | 一种测量醇基燃料完全蒸发温度的方法和装置 | |
| Lu et al. | Solid-supercritical fluid phase equilibria | |
| Joung et al. | Dew point measurement for organic vapor mixture using a quartz crystal sensor | |
| Nie et al. | Dew point fast measurement in organic vapor mixtures using quartz resonant sensor | |
| RU154435U1 (ru) | Устройство для снятия изотерм сорбции | |
| Taborek et al. | Control of ultralow pressures: an absolute thermodynamic manometer | |
| CN109541102A (zh) | 一种挥发性有机物蒸气压测定的装置及方法 | |
| Baonza et al. | Application of simple expressions for the high-pressure volumetric behaviour of liquid mesitylene | |
| JP2009103584A (ja) | 蒸気圧測定装置 | |
| Maria et al. | A microcalorimetric method for the measurement of enthalpies of solution of gases in liquids | |
| Smith et al. | Solid-vapor equilibrium of the carbon dioxide-nitrogen system at pressures to 200 atmospheres | |
| Tully et al. | Phase equilibria of the helium-nitrogen system from 122 to 126 K | |
| Chen et al. | Novel technique for investigating the temperature effect on the diffusion coefficient of naphthalene into air | |
| Keyes et al. | The adequacy of the assumption of molecular aggregation in accounting for certain of the physical properties of gaseous nitrogen |