Ф. Гумерова - Амин Афтахович Тарзиманов

В известных работах Бриджмена электросопротивление платины исследовано в очень широком диапазоне давлений, но они ограничены только температурой до 100 °C. Поэтому были проведены исследования влияния давления на показания платиновых термометров сопротивления в интервале Р = 0,1–100 МПа при Т до 1100 К. Имеется удовлетворительное согласование с данными Бриджмена. Термометр под давлением показывает несколько заниженные результаты. Для давления 100 МПа вносимая поправка для комнатных температур 0,55 К, а при 1100 К она достигает 2,4 К. Было очень мало сведений о влиянии давления на показания термопар. В лаборатории теплофизики было проведено исследование зависимости показаний платина-платинородиевых (10 %) термопар от давления в области Р = 0,1– 100 МПа и Т = 25–400 °C. Опыты показали, что термоЭДС термопар уменьшилась с повышением давления при Т = const, т. е. поправка на давление всегда отрицательна. Максимальная поправка (Т = 400 °C, Р = 200 МПа) равна 1,6 °C (А.А. Тарзиманов, В.А. Арсланов // Метрология. 1976. № 4).

При измерении теплопроводности газов и жидкостей результаты опытов могут быть искажены конвективным переносом тепла. Для выяснения условий возникновения и развития конвекции на установках по методу нагретой проволоки, где при измерении теплопроводности приходится создавать значительные разности температур в исследуемом слое, проведены специальные опыты. Для этой цели был создан новый вариант комбинированного узла, на металлическом каркасе которого одновременно смонтированы три измерительные ячейки по методу нагретой проволоки с различными толщинами исследуемого слоя. Опыты проведены с шестью измерительными ячейками, имеющими зазоры б = 0,269–0,984 мм. Величина ∆Т = 0,8–4 К, исследуемые вещества – СО 2и воздух, число Рэлея менялось от 100 до 23300. Опыты показали, что при одном и том же значении Ra коэффициент конвекции Ek больше для ячеек, имеющих большую толщину слоя. Таким образом, было установлено, что при малых толщинах слоя необходимо учитывать влияние пограничных слоев.

Эта же установка была использована для выявления доли лучистого теплопереноса в сжатых многоатомных газах. Была измерена эффективная теплопроводность СО 2при различных толщинах исследуемого слоя (б = 0,256–1,021 мм) в интервале температур Т = 568–787 К при давлениях до 68,6 МПа. Результаты опытов показали, что с ростом б значение λэф. также растет, причем этот эффект увеличивается с повышением давления (плотности). Так, радиационная составляющая теплопроводности для б = 1,021 мм на изотерме 663 К при Р = 20 МПа равна 5 %, а при Р = 50 МПа – 9 % (Р.С. Сальманов, А.А. Тарзиманов. Труды КХТИ, 1975. Вып. 55).

После известных работ Польца, опубликованных в 1965–1967 гг., возрос интерес к учету переноса теплоты излучением в полупрозрачных средах, в частности, в органических жидкостях. Метод импульсно-нагреваемой проволоки, как известно, позволяет получить молекулярную теплопроводность. Кроме того, этот метод имеет следующие достоинства: миниатюризация измерительных ячеек и установок; большая производительность; возможность использования современных радиотехнических средств измерения и на этой основе создание автоматизированных измерительных комплексов (А. с. № 1157428 СССР Б.Н., 1985, № 19; Т.Г. Булатова, А.А. Тарзиманов [и др.], Патент на а. с. № 2139528 РФ. БИ. 1999, № 28; И.М. Зайнуллин, Ф.Р. Габитов [и др.]. Патент на изобретение РИ 2209417 от 27.07.2003.) В период с 1985 по 2000 гг. этим методом были исследованы теплопроводность, температуропроводность и тепловая активность жидкостей, относящихся к 10 классам органических соединений в области Т = 293–630 К и Р = 0,1–50 МПа (А.А. Тарзиманов, Р.А. Шарафутдинов, Ф.Р. Габитов // Метрология. 1989. № 1; ИФЖ. 1990. Т. 3 59. № 4, № 5; А.А. Тарзиманов [и др.] // ИФЖ. 1992. Т. 63. № 4; A.A. Tarzimanov [et al.] // High Temperatures-High Pressures. 1993. Т. 25. С. 67–70; А.А. Тарзиманов [и др.] // ТВТ. 1994. Т. 32. С. 666–670; ТВТ. 1998. Т. 36. № 3; А.А. Тарзиманов [и др.] // Журнал прикладной химии. 1999. Т. 72. Вып. 2; ТВТ. 2002. Т. 40. № 4). Результаты этих исследований частично были использованы при подготовке справочника – Handbook of Thermal Conduktivity of Liquids and Gases / N.B. Vargaftik, L.P. Filippov, A.A. Tarzimanov, E.E. Totskii, CRC Press. Boca Raton, Ann Arbor, London, Tokyo, 1994, 358 p. В большинстве случаев справочные данные по теплопроводности органических жидкостей, полученные для толщины слоя 0,5–0,7 мм традиционными методами (плоского слоя, коаксиальных цилиндров, нагретой нити и др.), представляют собой эффективные значения λэф., включающее в себя молекулярную λм и радиационную составляющие λр. Это обусловлено полупрозрачностью большинства органических жидкостей для ИК-излучения. Новые данные (до 10–20 %) расположены ниже справочных. В изданном справочнике приведены молекулярные значения теплопроводности для всех веществ.

В различных отраслях промышленности встречаются процессы, сопровождающиеся контактом между жидкостью и газом при высоких давлениях. При этом газ растворяется в жидкости и наоборот, вследствие чего происходят весьма существенные изменения теплофизических свойств этих сред. Для них почти не было сведений о свойствах жидкостей, содержащих растворенные газы. В связи с разработкой компрессоров сверхвысокого давления были созданы новые экспериментальные установки и впервые измерены: а) растворимость СО 2, природного газа этилена в компрессорных маслах в области Р = 10–100 МПа и Т = 298–423 К; б) скорость звука в компрессорном масле КП-8 и н-декана с растворением N2 в области P = 0,1–100 МПа, Т = 303–453 К; в) вязкость компрессорных масел, насыщенных природным газом этиленом в области Р = 10–100 МПа и Т = 333–373 К. Показано, что растворенный газ весьма существенно (до 60 раз) уменьшает вязкость масел. В некоторых случаях увеличение давления в системе масло-газ приводит к уменьшению вязкости масла (Р.А. Шагиахметов, А.А. Тарзиманов // Тепломассообмен в хим. технологии. Казань, 1981; В.А. Арсланов, И.Г. Гафиуллин // Тепломассообмен в хим. технологии. – Казань, 1987).

Автоматизация технологических процессов и необходимость постоянного контроля выпускаемой продукции потребовали разработки методики измерения комплекса теплофизических свойств жидкостей непосредственно в потоке технологических линий. При этом в течение одного импульса нагрева мало-инерционного зонда удается измерить теплопроводность, температуропроводность, кинематическую вязкость жидкости в потоке и оценить, например, ее чистоту или состав (А.А. Тарзиманов, Ф.Р. Габитов // ТВТ. 2004. Т. 42. № 1; Ф.Р. Габитов [и др.] // Матер. 10 Рос. конф. по теплофизическим свойствам веществ. – Казань, 2002. С. 231–235).

В настоящее время проблемная лаборатория теплофизики почти полностью оснащена необходимыми измерительными приборами и вычислительной техникой. После небольшой подготовки в лаборатории могут проводиться исследования основных теплофизических свойств жидкостей и газов в широкой области параметров состояния.