Теплофизические свойства жидкостей

Жидкости сочетают свойства, характерные для газов, со свойствами, которыми в той или иной мере обладают твердые тела. В то же время, например, длина свободного пробега молекул жидкости сопоставима с их размерами, то есть много меньше, чем у газов. Следовательно, и силы взаимодействия между молекулами жидкости много больше, чем у газов, но существенно меньше по сравнению с молекулами твердых кристаллических тел, которые колеблются относительно своего местоположения в кристаллической решетке. Для изучения структурных особенностей жидкостей применяют рентгеноструктурный анализ, но при этом полученные данные разных авторов отличаются на 30¸50 %.

Теплопроводность жидкостей можно оценить на основе статистической физики или с помощью моделей теплового движения и механизма переноса тепла, а также используя полуэмпирический подход.

Исторически развивались одновременно все эти направления, но наиболее близкие результаты к экспериментальным дают полуэмпирические методы.

А. Миснар [4] получил следующее выражение для расчета коэффициента теплопроводности жидкости при нормальных условиях:

, (2.27)

где Т _кип – температура кипения; r – плотность при t = 0 °С и
р = 10⁵ Па; с_m – удельная теплоемкость.

Формула А. Миснара дает расхождение с экспериментом, не превышающее 10 %.

Как ведет себя теплопроводность жидкостей с ростом температуры? Ясно, что с повышением температуры растет собственная энергия молекул жидкости, что приводит к возрастанию амплитуды колебаний и, как следствие, увеличению теплопроводности. Но при этом уменьшается плотность жидкости и силовое взаимодействие молекул жидкости между собой. Это приводит к уменьшению теплопроводности.

Какой фактор более значимый? Для большинства жидкостей теплопроводность уменьшается: для органических жидкостей по закону, близкому к линейному, для других – близкому к экспоненциальному. Для фенола, глицерина и других наблюдается увеличение теплопроводности с ростом температуры. С ростом давления теплопроводность жидкостей возрастает.

А. Миснаром также получена формула зависимости коэффициента теплопроводности от температуры в диапазоне
– 50 °С < t < +50 °С

. (2.28)

Данная формула дает отклонение от экспериментальных данных, не превышающее 5 %.

Изменение теплопроводности с давлением можно оценить по формуле

, (2.29)

где l₀ – теплопроводность жидкости при t = 0 °С и р = 10⁵ Па.

Для воды получена следующая формула, определяющая зависимость коэффициента теплопроводности от температуры и давления:

. (2.30)

Можно сформулировать методику расчета коэффициента теплопроводности жидкости при различных температурах и давлениях:

1. По справочникам [5–7] найти температуру кипения Т _кип, плотность r и теплоемкость с_m;

2. По формуле (2.27) рассчитать теплопроводность при
t = 0 °С и р = 10⁵ Па;

3. Далее по формулам (2.28) и (2.29) вычислить коэффициент теплопроводности жидкости в зависимости от заданных температуры и давления.

Дата добавления: 2015-05-26