В онлайне: 2 (гостей - 2, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК: 533.16

Определение зависимости коэффициентов вязкости углеводородов от температуры

 

Бижігітов Т., к.ф.-м.н., профессор, Айдарбекова Ж.М, ст. преподаватель, Ходжагалиева А.С., магистрант

Таразский региональный университет имени М.Х.Дулати, Казахстан

 

Впервые исследованы и определены зависимости коэффициентов вязкости органической смеси, состоящей из углерода и водорода, входящих в состав наиболее часто используемых на практике нефтепродуктов, от температуры при атмосферном давлении путем экспериментальных измерений и расчетов с использованием известных из физики закономерностей и формул в интервале температур (300-380)К. Экспериментальная установка была реализована путем совершенствования классического метода Стокса, определяющего коэффициент динамической вязкости жидкостей при комнатной температуре, атмосферном давлении. Для измерения изменения времени и температуры  алюминиевого шара, падающего под действием силы тяжести Земли, была собрана автоматизированная установка. Построены графики температурной зависимости динамических и кинематических коэффициентов вязкости исследуемых образцов и даны пояснения.

 

Введение

В настоящее время изучение зависимости физических, химических, биологических свойств от внешних параметров имеет большое теоретическое и практическое значение, так как в состав нефтепродуктов входят органические смеси, состоящие из углерода и водорода. Ведь исследуемые бесцветные жидкости часто используются в технике, медицине, косметике, на производственных предприятиях. Поэтому определение свойств октана (С8Н18) и гептана (С6Н16) в естественнонаучном направлении является одной из актуальных проблем науки. С целью проведения экспериментальных исследований и измерений в жидкостях  время падения алюминиевого шарика, падающего под действием силы земного притяжения производили электронного секундомера, а изменение температуры с помощью системы, состоящей из автоматизированного регулятора температуры, источника переменного тока, термопары. Зависимость коэффициента динамической вязкости октана и пентана от температуры при нормальном давлении рассчитывали по формуле Стокса. Коэффициент кинематической вязкости определялся делением коэффициента динамической вязкости на плотность. Температурные зависимости плотностей исследуемых образцов измеряли с помощью ареометра, а температуры с помощью терморегулятора в специальной сосуде , в которой получали необходимую температуру. Знание взаимозависимости физических параметров, полученных в результате исследований в статье, способствует улучшению качества медицинских, масляных, косметических продуктов.

Условия и методы исследования

С целью экспериментального определения зависимости динамических и кинематических коэффициентов углеводородов от температуры при нормальном давлении была собрана установка на основе метода Стокса (рис. №1).

Рис.1 - Установка, определяющая зависимость коэффициента динамической вязкости жидкостей от температуры [1,2]

1-сосуд цилиндрической формы из кварцевого стекла, 2-безвоздушное пространство, выполняющее функцию теплоизоляции,

3-сосуд из кварцевого стекла с исследуемыми жидкостями, 4 - медно-константановый термокожух,

5-горелка из нихромовой проволоки, 6-теплоизоляции из стеклотекстолита,

Трубка, направляющая шар 7 в жидкость, 8-стержень погружной в термоусадочную жидкость,

9-шар, падающий в жидкость под действием силы тяжести,

10-исследуемая жидкость, А - источник переменного тока, Ә-регулятор температуры.

 

Скорость алюминиевого шарика вычислялась с помощью электронного секундомера времени путем измерения установленного на кварцевом стекле расстояния. Измерение температурных изменений осуществлялось системой, состоящей из источника переменного тока, терморегулятора и терморегулятора с точностью измерения ±1°С. Плотность измеряли с помощью ареометра в специальном сосуде, изолированном от тепла. Установка была испытана с проведением исследований хорошо изученного глицерина. Коэффициенты динамической вязкости углеводородных органических смесей, [3-4], мы рассчитали, используя формулу, приведенную ниже:

Коэффициент кинематической вязкости жидкостей мы определили в [5-7], воспользовавшись соотношением:

Где ρ_1-плотность алюминиевого шара, ρ_2-температурно-зависимая плотность жидкости, d-диаметр шара, υ-температурно-зависимая скорость шара. Мы измеряли изменения плотности и скорости каждые 10К.

Результаты исследования. Результаты экспериментальных измерений и теоретических расчетов приведены в таблицах №1 и №2.

 

Таблица 1 -  Октан С8 H18

 

Температура

Т,К

Время

t, c

Скорость

Плотность

ρ

Коэффициент динамической вязкости

Коэффициент кинематической вязкости

300

57,3

0,87

703

508

722

310

45,4

1,09

694

405

583

320

34,2

1,46

686

301

438

330

31,5

1,58

673

282

419

340

29,1

1,70

666

263

394

350

27,3

1,85

657

243

369

360

24,5

2,02

642

225

350

370

22,6

2,19

631

208

329

380

21,3

2,35

625

192

307

390

19,4

2,52

619

173

279

400

18,6

2,70

603

155

257

 

 

Tаблица 2 Гептан С6H16

 

Температура

Т,К

Время

t, c

Скорость

Плотность

ρ

Коэффициент динамической вязкости

Коэффициент кинематической вязкости

 

300

51,3

0,97

684

455

665

310

46,4

1,07

675

418

619

320

35,6

1,45

667

372

557

330

34,1

1,40

660

322

487

340

32,3

1,54

654

292

446

350

30,6

1,65

646

274

424

360

26,5

1,90

634

240

378

370

24,3

2,05

625

223

356

380

23,5

2,15

617

214

346

390

16,4

3,09

609

118

193

400

11,6

3,25

600

109

181

 

 

Схема 1 - Зависимость коэффициента динамической вязкости октана от температуры

Схема 2 - Зависимость коэффициента кинематической вязкости октана от температуры

Схема 3 - Зависимость коэффициента динамической вязкости гептана от температуры

Схема 4 - Зависимость коэффициента кинематической вязкости гептана от температуры

 

Из графиков, построенных по приведенным таблицам, видно, что коэффициенты динамической и кинематической вязкости исследуемых образцов при нормальном давлении при увеличении температуры уменьшаются с нелинейной зависимостью. В ходе проведения исследования никаких аномальных явлений не наблюдалось. Полученные результаты соответствуют законам физики.

Заключение

Собрана установка, изучающая зависимость коэффициентов динамической и кинематической вязкости органических примесей от температуры при атмосферном давлении.

Построены графики η=η(Т), ν=ν(Т) Октана и пентана и теоретически проанализированы.

Обсуждалась практическая значимость физических параметров, полученных путем экспериментальных измерений и теоретических расчетов.

 

Библиографический список

1. Т. Бижигитов, А. Аманбаева, З. Нуржигитова Исследование температурной зависимости коэффициентов поверхностного натяжения жидкостей кольцевым методом. Вестник. Научно-педагогический журнал №3 (43), 2020 ISBN (10-или 13-значный)

2. Т. Бижигитов, А. Сембиева, А. Бектасова. Зависимость коэффициентов вязкости растворов от напряженности магнитного поля. Наука и мир, Международный научный журнал, №5(93), 2021

3. Т. Бижигитов., Курс общей физики, Алматы, «Экономика» 2013, 890 с

4. Т. Бижигитов Статистическая физика и основы физической кинетики. Алматы, «Дәуір», 2011, 302б

5. А. К. Кикоин, И. К. Кикоин Молекулярная физика М: "литература Ф-М" 1963,499 с.

6. А. Н. Матвеев Молекулярная физика М: «Высшая школа» 1987,360 с.

7. Т. Бижигитов, Е. Актаев Молекулярная физика. Алматы, «Экономика» 2017


 

Разделы конференции »

  1. Единый государственный реестр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ
  11. Современные технологии в профессиональном образовании