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

Tаблица 2 -  Гептан С₆H₁₆

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

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