ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Монография проф. Р. А. Мустафаева, предлагаемая читателям, представляет собой фундаментальный труд, в котором излагаются разработанные автором оригинальные методы исследования, приводятся конструкторские решения и расчеты по созданию исследовательской аппаратуры и приборов, а также результаты экспериментов по изучению теплофизических свойств широкого класса органических жидкостей и их паров при высоких параметрах состояния.

Важность подобного рода исследований для современной техники, в особенности для химической технологии и энергетики, трудно переоценить, если учесть, что диапазон температур и давлений, при которых реализуются процессы в промышленных установках, постоянно расширяется. Углеводороды, ставшие предметом исследования монографии, являются основным материалом для современной промышленности органического синтеза. Поэтому понятно, насколько необходимы надежные экспериментальные данные о теплопроводности, теплоемкости и температуропроводности различных классов жидкостей для проектирования, тепловых расчетов и эксплуатации промышленных установок.

Наряду с Зтим изучение теплофизических свойств индивидуальных углеводородов представляет большой научный интерес, так как это позволяет углубить и расширить наши представления о природе теплового движения и характере процесса переноса теплоты в жидкости.

Теория жидкого состояния на ее современном уровне вследствие сложности строения и характера теплового движения молекул не может быть использована для описания свойств реальных жидкостей в достаточно широком интервале температур и давлений. В лучшем случае статистическая теория позволяет установить лишь качественную зависимость равновесных свойств жидкостей от параметров состояния и радиальной функции распределения. Развитие теории жидкого состояния тормозится в известной мере недостаточностью надежных экспериментальных данных по свойствам многих жидкостей.

Для развития теории жидкости очень важны экспериментальные исследования, посвященные изучению основных закономерностей поведения жидкостей и в частности их теплофизических свойств.

К числу наиболее важных теплофизических свойств относятся теплопроводность и теплоемкость жидкости.

Исследование теплопроводности позволяет сделать определенные выводы о характере и значении межмолекулярных сил в жидкости и об особенностях ее строения.

Большой интерес представляет изучение зависимости теплоемкости, являющейся важным термодинамическим параметром, характеризующим внутреннее энергетическое состояние вещества, от температуры и давления.

Теплопроводность и теплоемкость жидкостей исследованы значительно меньше, чем другие физические свойства, например плотность или вязкость, и для большинства веществ экспериментальные результаты охватывают лишь узкий диапазон параметров состояния. Это объясняется тем, что экспериментальное определение теплофизических свойств при высоких параметрах представляет одну из сложнейших задач экспериментальной физики. Трудности эти главным образом возникают при реализации существующих методик и экспериментальных установок в области высоких температур и давлений. Именно этим можно объяснить тот факт, что имеющаяся литература дает сведения о теплопроводности большинства жидкостей в основном при температуре, не превышающей нормальную температуру кипения, а по теплоемкости эти данные характеризуют поведение жидкости в условиях комнатной температуры.

Исходя из изложенного представляет большой интерес проведение систематических комплексных исследований теплофизических свойств индивидуальных углеводородов различных гомологических рядов (ароматических, парафиновых, олефиновых и др.) при высоких температурах и давлениях. Осуществление таких исследований предусмотрено также координационным планом научного совета «Теплофизика» АН СССР.

За последнее десятилетие как у нас в стране, так и за рубежом появилось большое количество статей, отражающих результаты экспериментальных исследований различных авторов по теплофизическим свойствам углеводородов. Вместе с тем в этих журнальных статьях не систематизированы существующие данные по теплофизическим свойствам углеводородов. Кроме того, нередки случаи, когда по одному и тому же свойству в различных литературных источниках приводятся разные значения, что затрудняет их использование в инженерной практике. Для некоторых углеводородов, особенно тяжелых, вообще отсутствуют данные о теплофизических свойствах.

Справочник Н. Б. Варгафтика [108] содержит данные по теплопроводности для легких углеводородов. В нем не нашли отражения результаты исследований последних лет по теплопроводности и изобарной теплоемкости углеводородов, принадлежащих к различным гомологическим рядам. Монография Н. В. Цедерберга [4] посвящена рассмотрению теплопроводности газов, жидкостей и жидких растворов. В ней отсутствуют сведения о теплоемкости углеводородов, а данные по теплопроводности относятся только к легким парафиновым углеводородам.

Справочники [225], созданные Американским теплофизическим центром, содержат данные о теплопроводности ограниченного класса веществ только при атмосферном давлении. В книге Н. Б. Варгафтика, Л. П. Филиппова, А. А. Тарзиманова, Р. Л.Юрчак [160] также содержатся данные только по теплопроводности легких углеводородов парафинового ряда. Появившаяся книга Г. X. Мухамедзянова и А. Г. Усманова [128] содержит результаты проведенных исследований теплопроводности широкого класса органических соединений лишь при атмосферном давлении.

Монографическая литература, посвященная методике определения теплопроводности газов и жидкостей при высоких параметрах, также бедна и в основном сводится к изложению и описанию конструктивных особенностей широко известных стационарных методов исследований. В этих работах нашли отражение далеко не все известные методы теплофизических измерений. Отсутствует также систематизированное изложение современных методов и приборов, основанных на закономерностях монотонного нагрева, которые широко используются в последнее время для комплексных теплофизических исследований.

В настоящей монографии излагаются результаты многолетних экспериментальных и теоретических исследований автора, выполненных в 1960—1978 гг. в лаборатории теплофизики Азербайджанского политехнического института им. Ч. Ильдрыма.

На основе решения нестационарного уравнения теплопроводности автором предложен нестационарный вариант метода нагретой нити. Получены компактная расчетная формула, а также выражения для поправки на теплоемкость жидкости и для оценки оптимальной скорости разогрева. Здесь приводится решение конкретных численных примеров, подтверждающих возможность использования метода нагретой нити для измерений в нестационарном режиме.

Для измерения теплопроводности газов при высоких температурах автором предлагается динамический метод, обоснование которого выполнено с учетом температурной зависимости теплопроводности. Подробно рассмотрены особенности температурных измерений в области высоких температур. В книге значительное место уделено методике измерений с обстоятельным анализом условий работы калориметра и возможных источников ошибок. На основе разработанной теории автором предлагаются также различные варианты конструкций калориметрических устройств для измерений теплопроводности газов при температурах до 2000 °С.

Особенно ценным, на наш взгляд, является предлагаемый автором метод монотонного нагрева, основанный на нелинейной теории теплопроводности. На основе этой теории автором получена расчетная формула, содержащая поправки на теплоемкость слоя, на кривизну слоя, на нелинейность теплофизических свойств и скорость разогрева. В монографии дается подробный анализ и оценка каждой поправки.

Оригинальным является также метод монотонного нагрева, предложенный автором для исследования изобарной теплоемкости жидкости. Этот метод основан на определении теплового потока по известной проводимости зазора, отделяющего ампулу с исследуемой жидкостью от стенки обогревающей трубы, и на выборе такого темпа нагрева, при котором скорости повышения температуры стенок ампулы и исследуемого вещества одинаковы. Метод обеспечивает простоту обслуживания, экспрессность и достаточную точность измерения. Следует отметить, что каждый из предложенных автором методов является самостоятельным и может найти широкое практическое применение. При изложении этих материалов автор достаточно полно дает анализ физической сущности явлений, иллюстрируя его решением конкретных практических примеров.

На основе изложенных методов разработана оригинальная установка для комплексных теплофизических исследований при высоких температурах и давлениях. Оригинальность созданной установки заключается в том, что она позволяет из одного опыта за короткий промежуток времени определить температурную зависимость теплофизических свойств в диапазоне температур от комнатной до 670 К. Насколько нам известно, такая аппаратура для комплексных теплофизических исследований при высоких температурах и давлениях создана впервые.

В монографии приводятся результаты исследований автора по теплофизическим свойствам ароматических, парафиновых и олефиновых углеводородов, кетонов и сложных эфиров в диапазоне температур от комнатной до 670 К и давлений до 150 МПа, причем многие результаты получены впервые в экспериментальной практике и открывают широкую возможность изучения зависимости теплопроводности от природы жидкости на обширном экспериментальном материале, включающем область высоких давлений. Отмечен ряд закономерностей, касающихся связи теплофизических свойств с физико-химическими характеристиками веществ. Автор дает физическую интерпретацию изменения теплопроводности с температурой и давлением, исходя из структуры углеводородов.

Наконец, безусловным достоинством монографии является удачное обобщение экспериментальных результатов для целого класса углеводородов. В результате таких обобщений автором получены оригинальные зависимости теплопроводности и теплоемкости от температуры и давления.

В конце книги в виде приложений даны обширные таблицы, содержащие ценные экспериментальные данные по теплофизическим свойствам углеводородов различного гомологического ряда.

Хотя за последнее время появился ряд работ, посвященных изучению тепловых свойств жидкостей, они главным образом охватывают узкий класс веществ. Исследований же, посвященных комплексному изучению теплофизических свойств широкого класса индивидуальных углеводородов при сверхкритической области состояния, до сих пор еще не было. Этот пробел восполняется монографией Р. А., Мустафаева.

Все изложенное дает основание утверждать, что предлагаемая читателям монография получит бесспорное признание в самых широких кругах специалистов научно-исследовательских, проектных и производственных организаций, работающих в области теплофизики.

Чл.-корр. АН СССР И. И. Новиков

Назад, на страницу описания