SU1057831A1

SU1057831A1 - Method of complex measuring of liquid and gas thermal physical properties

Info

Publication number: SU1057831A1
Application number: SU823390794A
Authority: SU
Inventors: Николай Николаевич Столяров; Владимир Алексеевич Рыков
Original assignee: Ленинградский технологический институт холодильной промышленности
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1982-02-08
Publication date: 1983-11-30

Abstract

СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ, заключающийс в том, что в ампулу с исследуемым веществом ввод т известное количество тепла, измер ют два значени равновесной температуры исследуемого вещества до и после нагрева, отличающийс тем, что, с целью повьпчени точности измерени изохорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении , после измерени равновесной температурам Har jeToro вещества его дросселируют до восстановлени на чального давлени в ампуле, измер ют массу выпущенного вещества и значение равновесной температуры оставшегос в ампуле вещества и по полученным данным рассчитывают значение изобарной и изохорной теплоемкостей по формулам (.Cp-Cnalm i TnT i ( ocm,-ni,,,) Г Q 1 (Cp-Cni)vr . ) 1 C,j - изохорна теплоемкость исQ следуемого вещества, Дж-К--1.КГ-; Ср- изобарна теплоемкость исследуемого вещества, Дк.- :иг- CK - теплоемкость ампулы, Q - количество тепла, введенное в ампулу, дж; 1- начальна масса вещества в ампуле, кг; СП л -. масса выпущенного из ампулы вещества, кг; fb,; - температурный коэффициент оо со объемного расширени ампу .лы, Kfi-, V(j - объем ампулы при Ос, К - посто нна ампулы, учитывающа зависимость объема ампулы от давлени . Па; Т - значение равновесной температуры исследуемого вещества до нагрева. К; Т2 - значение равновесной TeNmeратуры исследуемого вещества после нагрева до начала дросселировани , к; T-J - значение равновесной температуры исследуемого вещест а, оставшегос в ампуле после дросселировани . К..A METHOD FOR COMPLEX MEASUREMENT OF THERMAL PHYSICAL PROPERTIES OF LIQUIDS AND GASES, which means that a known amount of heat is introduced into the ampoule with a test substance, two values of the equilibrium temperature of the test substance are measured and isobaric heat capacities, when they are simultaneously determined, after measuring the equilibrium temperatures Har jeToro, the substances are throttled until the initial pressure in the ampoule is restored, the mass is released of the substance and the equilibrium temperature of the substance remaining in the ampoule and using the data obtained, the isobaric and isochoric heat capacities are calculated using the formulas (.Cp-Cnalm i TnT i (ocm, -ni ,,,) Г Q 1 (Cp-Cni) vr.) 1 C, j is the isochoric heat capacity of the substance to be studied, JK - 1.KG-; Ср- isobaric heat capacity of the studied substance, Dk.-: ig- CK is the heat capacity of the ampoule, Q is the amount of heat introduced into the ampoule, j; 1- initial mass of the substance in the ampoule, kg; JV l -. mass of substance released from the ampoule, kg; fb ,; - temperature coefficient oo with volume expansion ampoules, Kfi, V (j - ampoule volume at Oc, K - constant ampoule, taking into account the dependence of the ampoule volume on pressure. Pa; T - equilibrium temperature of the test substance before heating. K; T2 is the value of the equilibrium TeNmerature of the test substance after heating up to the start of throttling, k; TJ is the value of the equilibrium temperature of the test substance remaining in the ampoule after throttling.

Description

Изобретение относитс к измерени м теплофиэических свойств жидких и газообразных веществ и предназначено дл использовани при лабораторных исследовани х теплофиэических свойств газов и жидкостей. Известен способ, согласно котором; , изобарную теплоемкость жид НИХ веществ определ ют следу оашм об pasoMt в алиа6г ткческий калориметр, содержащий иссшедуемую жидкость, вв д т известное количество тепла и не прсры&но отвод т из калориметра такое количество жидкости, чтобы давл ние Е калориметре з течение всего опыта, eioino практически посто нным, измер ют два значени равновесной темпаратуры до и после г агрева l , Дл определени изобарной теплоемкости Ср жид.кости необходимо имет дополнительную информацкк. о зависимое и плотности исследуемой жидкост от давлени и температуры. Эта инфо маци Е-:аходитс другим способом или беретс из литературных данных. Таким образог-, дл определени кзобар ой теплоег- кости необхоли1 ы два неэависиг .кх опыта, результаты которых пdлyчaraтc в разных услови х и нужд ютс в математическом сглаживании, Г редшествуюо;ем совместной обрабохке (ем внос т дополнительные систематические погрешности. Погрешность полученных значений теплоемкости включает, кроме того, систематичес;a-i:e погрешности, прису1;1,ие двум типа измериг чькых устройств, а при исТользоБсГНИк лктературних данных о с-:жи /:у.емос; -; еие и погрешность, обус лсзлснку;-;: вли нием разной степени iKcvoxbi и ::с:Лйдуемого ве ества. Кроме того,, известен способ измерени изохор:-ой теплоемкости, согла но которому в адиабатический калори метр, содаржагдай icaлeдye tiю жидкост массу которой определ ют до опыта, ввод т заестное количество тепла, измер ют давление в калориметрическом сосуде во Бре.м опыта и измер ют два значени равновесной температурь хидкости до и после нагрева .Г2 . Недостатоь: такого способа, заключаетс в том, что измерение давлени в калориметре требует введени в него датчика давлени , а это исгсажает услови изохоричности опыта из-за .-1рмации упругого элемента датчика, и приводит к введению дополнительной поправки к измеренному значению теплоемкости, котора не поддаетс строгому учету. Наиболее близким к предлагаемому вл етс срособ измерени изохорной теплоемкости, согласно которому в а,.пиабатический калориметр, содержащий исследуемую жидкость, массу которой определ ют до опыта, ввод т известное количество тепла и кзмер ют два значени равновесной температуры жидкости до и после нагрева з. Дл определени изохорной теплоемкости Су жидкости необходимо иметь дополнительную информацию данных исследуемой жидкости, которые берутс из литературных данных или наход тс другими способами. Таким образом, дл определени изохорной теплоемкости необходимы два независимых опыта, результат которых получаютс .в разных услови х и нуждаютс в математическом сглаживании, предшествующемсовместной обработке, чем внос тс дополнительные систематические погрешности. Погрешность полученных значений теплоемкости включает, кроме того, систематические погрешности, присущие двум типам .измерительных устройств, а при использовании литературных данных о сжимаемости еще и погрешность, обусловленную вли нием равной степени чистоты исследуемого вещества. Цель изобретени - повы1 ение точности измерени изохорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу комплексного измерени теплофизических свойств сидкостей и газов в ампулу с исследуег 1ым вешеством ввод т известное количество тепла, измер ют два значени равновесной температуры исследуемого Бещества до и после нагрева, затем вещества дросселируют до восстановлени начального давлени в ампуле , измер ют массу выпущенного вещества и значение равновесной температуры оставшегос в ампуле ветестза и по полученным данным рассчитывают значение изобарной и изохорной теплоемкостей по формулам lCp-c lm 4T,4Tj) (.,-m,HT54T,) rn, ,) ,-v toijj m,Tj Г Q ..„, 1(Cp-C,m -% .f 1г(г;т 1 ГГц - in-1 (t--p,,- mi-ryi,-6m . Cy- изохорка теплоемкость исследуемого вещества, Дж . . Ср- изобарна теплоемкость исследуемого вещества, CK- теплоемкость ампулы, Q - количество тепла, введенное в аь 1улу,Дж m, - начальна масса вещества в ампуле, кг, 4ГТ1 - масса выпу1деккого из ампулы вещества, кг; - температурный коэффициент объемного расширени ампулы , ti ) Vg - объем ампулы при , м, К - посто нна ампулы, учитывающа зависимость объема ампулы от давлени . Па; значение равновесной температуры исследуемого вещества до нагрева,К ; 2 - значение равновесной температуры исследуемого вещества после нагрева до начала дросселировани , К Tj - значение равновесной температуры исследуемого вещества , оставшегос в ампуле после дросселировани ., К . На фиг. 1 изображена термограмма известного способа на фиг.2 то же, известных способов 2J и з ; на фиг. 3 - то же, предлагаемого способа; на фиг. 4 - устройство, с помощью которого осуществл ют предлагаемый способ. Процесс, изображенный на фиг. 1, протекает при посто нном давлении, в калориметр (ампулу) в промежуток йремени между Т, и Т ввод т известное количество тепла Q , измерйют два значени равновесной температуры Т, и Т и непрерывно отвод т вещество из калориметра. Значение изобарной теплоемкости наход т по следуюцей расчетной форктуле: Процесс, изображенный на фиг. 2, протекает при квазипосто нной плотности , в калориметр в промежуток времени между с и 1 ввод т известное количество тепла Q , изме р ют два значени равновесной температуры Т и Т, и при этом в 21 дополнительно непрерывно измер ют давление. Расчетна формула в этом случае имеет вид V-{TVT;C I CV Процесс, изображенный на фиг. J3, в промежуток времени между 2,- и «-2, в течение которого в калориметр вво д т известное количество тепла Q протекает при квазипосто нной плотности . Затем ввод тепла прекращают после наступлени равновесного состо ни , соответствуицего температуре Т , из калориметра ампулы дросселируют такое количество веества , чтобы в ампуле установиось давление, равное нaчaльнo7 y (которое имеет место в момент Ii) процессе опыта измер ют три знаени равновесной температуры: до агрева Т , после нагрева Т , посе дросселировани Т и измер ют ассу вещества, которую ст:;:од т из мпулы при выпуске. Значение изохорной теплоемкости согласно предлагаемому способу наод т из расчетной формулы т, + . 1А GV 2. 1этЦат. -г Дл определени поправки на неизохоричность используетс следующа система уравнений: ( }ЛЬ (iE -lElf UrLT/av ,i :Л Т,-т; 11 3p j-iiv /fi (M /(vi ,, ,Зт|-итЩ -1 и/1з 1р1 (9) Коэффициенты p и К определ ют з градуировочного опыта ;-VotUj KiT-Tj kpl. Величина V определ етс соотношением V V| / m Из системы уравнений (5) -(.9) дл расчета изохорной теплоемкости С, путем алгебраических преобразований получаем расчетную (1) . Значение изобарной теплоемкост ; находитс из формульт (2), Устройство, позвол ющее осуществить предлагаемый способ, включает низкотемпературный калориметр 1. с выxoдны капилл ром 2 и запорным вентилем посто нного объемл з, грузопорилневой манометр 4 , которым через нуль-индикатор 5 давлеч;- г измер ют давление жидкости в ;йчале и конце опыта, дроссельный вентиль б, через который в съемный мерный баллон 7 выпускают часть жидкости до восстановлени в конце опыта начального давлени в калориметре. Через вентиль 9 вс или часть системы может вакуутчироватьс , в жидкостный термостат 10 дл исключени вли ни внешней среды поме1,ают систему измерени и регулировки давлени , мерный баллон с вентилем 8 служит также дл заполнени калориметра исследуемым веществом перед начаJM измерений и взвешиваетс на ана/Итических весах дл определени массы жидкости, выпущенной з кгшориметра 1,The invention relates to the measurement of the thermodynamic properties of liquid and gaseous substances and is intended for use in laboratory studies of the thermodynamic properties of gases and liquids. There is a method according to which; The isobaric heat capacity of liquid NEX substances is determined by the trace of pasoMt in an ali-6g calorimeter containing the liquid to be tested, injected a known amount of heat and not a quantity of liquid, but the amount of liquid removed from the calorimeter to the pressure E of the calorimeter during the whole experiment, eioino is almost constant; two equilibrium temperature values are measured before and after the heating condition l. To determine the isobaric heat capacity Cp of the liquid, additional information is necessary. dependent and density of the investigated liquid on pressure and temperature. This information is E-: otherwise available or is taken from literature data. Thus, in order to determine the thermal stability, two unavoidable experiments, the results of which are compiled under different conditions and require mathematical smoothing, are combined (they introduce additional systematic errors. The error of the obtained values heat capacity includes, in addition, systematic; ai: e errors, attributed to 1, 1, and two types of measuring devices, and when using data on s-: mi /:Yu.emos; -; ee and error, obsludnyi; - ;: influence of varying degrees iKcvoxbi and :: c: In addition, a method is known for measuring isochores: the -th heat capacity, according to which adiabatic calorimeter is supplied, the fluid is measured before the experiment, a fair amount of heat is introduced, pressure is measured in a calorimetric vessel in Brem. of experience and two values of the equilibrium temperature of the liquid are measured before and after heating. G2. Not enough: such a method is that the pressure measurement in the calorimeter requires the introduction of a pressure sensor into it, and this conditions the isochoricity tried due. 1rmatsii-elastic sensor element, and leads to the introduction of an additional correction to the measured value of the heat capacity which is not amenable to strict accounting. The closest to the proposed method is the measurement of the isochoric heat capacity, according to which, a, a pyabatic calorimeter containing the test liquid, the mass of which is determined before the experiment, introduces a known amount of heat and measures two values of the equilibrium temperature of the liquid before and after heating. To determine the isochoric heat capacity of the Su liquid, it is necessary to have additional information about the data of the liquid being studied, which are taken from the literature data or are in other ways. Thus, to determine the isochoric heat capacity, two independent experiments are needed, the results of which are obtained under different conditions and require mathematical smoothing prior to joint processing, which introduces additional systematic errors. The error of the heat capacity values includes, in addition, systematic errors inherent in two types of measuring devices, and when using literature data on compressibility, the error due to the effect of an equal degree of purity of the test substance is also used. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy of the isochoric and isobaric heat capacities when they are simultaneously determined. The goal is achieved by the method of complex measurement of the thermophysical properties of sidcats and gases in the ampoule with the researcher first injected a known amount of heat, measured two values of the equilibrium temperature of the studied substance before and after heating, then the substances are throttled to restore the initial pressure in the ampoule, measure the mass of the released substance and the value of the equilibrium temperature of the remaining vestest in the ampoule, and using the data obtained, the isobaric and isochoric heat values are calculated bones according to the formulas lCp-c lm 4T, 4Tj) (., - m, HT54T,) rn,,), -v toijj m, Tj Г Q .. „, 1 (Cp-C, m -% .f 1g ( g; t 1 GHz - in-1 (t - p ,, - mi-ryi, -6m. Cy- isochore heat capacity of the test substance, J.. Cp - isobaric heat capacity of the test substance, CK - heat capacity of the ampoule, Q - the amount of heat , entered in the 1st ul, J m, - the initial mass of the substance in the ampoule, kg, 4ГТ1 - the mass of the outlet from the ampoule of the substance, kg; - the temperature coefficient of the volume expansion of the ampoule, ti) Vg - the volume of the ampoule at, m, K - constant ampoule , taking into account the dependence of the volume of the ampoule on the pressure. Pa; the value of the equilibrium temperature of the analyte before heating, K; 2 - the value of the equilibrium temperature of the test substance after heating before the start of throttling; K Tj - the value of the equilibrium temperature of the test substance remaining in the ampoule after throttling., K. FIG. 1 shows a thermogram of a known method in FIG. 2 the same, known methods 2J and C; in fig. 3 - the same, the proposed method; in fig. 4 shows the device by which the proposed method is carried out. The process depicted in FIG. 1, flows at a constant pressure, a calorimeter (ampoule) in the gap between T and T introduces a known amount of heat Q, measures two equilibrium temperatures T, and T, and continuously removes the substance from the calorimeter. The value of the isobaric heat capacity is determined by the following calculated forktule: The process shown in FIG. 2, flows at a quasi-constant density, a known amount of heat Q is introduced into the calorimeter between s and 1, two equilibrium temperatures T and T are measured, and the pressure is additionally continuously measured at 21. The design formula in this case has the form V- {TVT; C I CV. The process shown in FIG. J3, in the time interval between 2, - and «-2, during which a known amount of heat Q flows into the calorimeter at a quasi-constant density. Then heat input is stopped after the onset of equilibrium, corresponding to temperature T, ampoules are throttled from the calorimeter such amount of matter so that the ampoule establishes a pressure equal to the initial 7 y (which takes place at the moment Ii) the process of the experiment measures three values of the equilibrium temperature: before heating T, after heating T, throttling T and measuring the amount of the asy of the substance that Art:;: one of the mpula upon release. The value of the isochoric heat capacity according to the proposed method is one of the calculation formula t, +. 1A GV 2. 1 NetWare. The following system of equations is used to determine the correction for non-history: (} ЛЬ (iE -lElf UrLT / av, i: Л Т, -т; 11 3p j-iiv / fi (M / (vi ,,, Зт | -тЩЩ -1 and / 1l 1p1 (9) The coefficients p and K determine the calibration experience; -VotUj KiT-Tj kpl. The value of V is determined by the ratio VV | / m From the system of equations (5) - (. 9) to calculate the isochoric heat capacity C, by algebraic transformations, we obtain the calculated (1) value of the isobaric heat capacity; it is from the formult (2). the outflow capillary 2 and the constant-pressure shut-off valve, the load-and-water pressure gauge 4, which the pressure of the fluid in the pressure point and end of the experiment, the throttle valve b through which the measuring cylinder 7 is discharged are measured liquid until the initial pressure in the calorimeter is restored at the end of the test. Through the valve 9 all or part of the system can be evacuated, into the liquid thermostat 10 to eliminate the influence of the external environment, measure the pressure measuring and control system, the measuring cylinder with the valve 8 s It is also used to fill the calorimeter with the test substance before starting the measurement and weighed on an ana / Itic balance to determine the mass of liquid released from kg 1,

Пред11агаемым способом измер ютс изохорна и изобарна теплоемкости жидкой фазы фреонов Ф 13В1 и Ф-23, Относительна погрешность измерений Ср к C.J составл ет 0,3-0,5%.The isochoric and isobaric heat capacities of the liquid phase of the Freon F 13B1 and F-23 are measured in a predictable way. The relative error of measurements of Cp to C.J is 0.3-0.5%.

Таким образом, в предлагаемом способе удаетс избавитьс от погрешностей измерений, которые обусловлены теМ; что, во-первых, в известных способах дл определени Ср и Су необходима дополнительна информаци p-V-Т данных, что требует проведени двух независимых опьзтов, результатьл которых получаютс при разных услови х и нухщаютс в математическом сглаживании, предшествукчдем совместной обработке , чем вноситс дополнительна систематическа погрешность, во-вторых, norpeixjHocTb полученных значений теплоемкостей включает «систематические погрешности, присущие двум типам измерительных устройств, а при использовании литературных данных о сжимаемости еще и пргрешность, обусловленную вли нием разной степени чистоты исследуемого вещества, чем повышаетс точность измерений изохорной и изобарной теплоемкостей при их одновременном определении.Thus, in the proposed method it is possible to get rid of measurement errors, which are caused by those; that, in the first place, in the known methods for the determination of Cp and Su, additional information of the pV-T data is required, which requires two independent statements, the results of which are obtained under different conditions and are reduced in mathematical smoothing, prior to the joint processing, which makes the additional systematic the error, secondly, norpeixjHocTb of the obtained values of the heat capacities includes “systematic errors inherent in the two types of measuring devices, and when using literary data about compressing STI also prgreshnost due to the influence of varying degrees of purity of the test substance than the increased accuracy of measurements of the isochoric and isobaric heat capacities at their simultaneous detection.

Предлагаемый способ позвол ет одновременно в одном опыте измер ть изохорную и изобарную теплоемкости, не требует проведени дополнительного эксперимента дл определени P-V-T данных, и может использоватьс при изучении изохорной и изобарной теплоемкостей жидкостей и газов, а также при создании пpof.lЫDшeнныx теплофизических приборов.The proposed method allows simultaneous measurement of the isochoric and isobaric heat capacities, does not require additional experiments to determine the P-V-T data, and can be used to study the isochoric and isobaric heat capacities of liquids and gases, as well as to create the thermophysical instruments.

L. ff, I /./ЛL. ff, I /./L

Т. Tf фиг./T. Tf Fig. /

,,m,,, m,

7tfp,,/rjf)7tfp ,, / rjf)

ЫРг.тгYrg.tg

Claims

METHOD FOR INTEGRATED MEASUREMENT OF THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF LIQUIDS AND GASES, consisting in. the fact that a known amount of heat is introduced into the ampoule with the test substance, two equilibrium temperatures of the test substance are measured before and after heating, characterized in that, in order to increase the accuracy of measuring isochoric and isobaric heat capacities when they are simultaneously determined, after measuring the equilibrium temperature of the heated substance it is throttled until the initial pressure in the ampoule is restored, the mass of the released substance and the value of the equilibrium temperature of the substance remaining in the ampoule are measured and obtained the data calculate the value of the isobaric and isochoric heat capacities according to the formulas (with _p - c _P1 > _r ^ _{T + t} . ^ ^ V '^ rrT ^ P ι ¹ g'<m, tm (ct - pctTj) '

7t, Ί

4 D Q Ί 2o - Suya) m rtp-m-j

T ^ -T, 'gi, - m ₇ = am

Su · ^C pc _to QA yr isochoric heat capacity of the test substance,

J - Κ '- ’κγ-- ·’;

isobaric heat capacity of the investigated substance, J.K “1kg- +_; heat capacity of the ampoule, JKthe amount of heat introduced into the ampoule, J;

^t 1 ^{- the} initial mass of the substance in the ampoule, kg;

Δ, η - · mass of substance released from the ampoule, kg;

the temperature coefficient of the volume expansion of the ampoule, K ^- ¹ ·, the volume of the ampoule at 0 ° C, m ³ ; ampoule constant, taking into account the dependence of the ampoule volume on pressure, Pa) the value of the equilibrium temperature of the test substance before heating, K;

the value of the equilibrium temperature of the test substance after heating before the start of throttling, k;

T-j is the value of the equilibrium temperature of the investigated substance, remaining in the ampoule after throttling, K.

fix ^T 2 SU., „1057831