Экспериментальные исследования температуропроводности водных растворов карбоксиметилцеллюлозы Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Т.Н. БАХАЕВА, А.Я. ЗОЛОТОНОСОВ

Казанский государственный энергетический университет

Методом регулярного теплового режима первого рода исследовались коэффициенты температуропроводности водных растворов

карбоксиметилцеллюлозы 4, 8, 11, 15, и 25% масс концентрации. По известным значениям плотностей и теплоемкостей определены коэффициенты теплопроводностей этих растворов.

В работах [1,2] была предложена математическая модель сопряженной задачи процессов гидродинамики и теплообмена при течении степенной жидкости во вращающихся криволинейных каналах типа «конфузор - диффузор».

В работе [3] методом ротационной вискозиметрии исследована реология водных растворов карбоксиметалцеллюзы (КМЦ) 4, 8, 11, 15 и 25 % масс. концентрации при температурах 293, 313, 333, 353 К, в работе [2] - плотность, а работе [4] - теплоемкость этих растворов.

Настоящее сообщение посвящено исследованию температуропроводности и определению теплопроводности водных растворов КМЦ.

Коэффициент температуропроводности образцов определялся методом регулярного теплового режима первого рода. При постановке эксперимента использовалась математическая связь между коэффициентом температуропроводности а и темпом охлаждения т: а = Кт [5], где К -коэффициент формы калориметра.

На рисунке представлена схема прибора для исследования коэффициентов температуропроводности материалов.

Рис. Схема прибора для исследования коэффициентов температуропроводности водных

растворов КМЦ

© Т.Н. Бахаева, А.Я. Золотоносов Проблемы энергетики, 2008, № 3-4

Установка состоит из цилиндрического сосуда 1, помещенного внутри внешнего сосуда 3, заполненного термостатирующей жидкостью 9, в среде которой помещен калориметр 13. Сосуды разделены изолятором 2. Установка также содержит: змеевик 5 для охлаждения, нагреватель 6 для нагревания и создания температуры эксперимента, термореле 7 для защиты от перегрева, вентиль 8 для слива термостатирующей жидкости, термометр 10 для наблюдения за температурой, шнековую мешалку 11 для активного перемешивания жидкости с целью выравнивания градиента температуры, электродвигатель 12 для вращения шнека; контактный термометр 14 для задания температуры эксперимента, потенциометр 15 электрической сети 4.

Перед началом эксперимента в калориметр заливалось 400 см3 исследуемого раствора. После этого калориметр переносился в сушильный шкаф для предварительного нагревания. Температура в шкафу на 10-15°С выше температуры в термостате. Равномерность прогрева образца в шкафу проверялась по показанию дифференциальной термопары калориметра. После нагрева калориметр переносился из сушильного шкафа в жидкостный термостат и охлаждался. Термостат заполнялся водой, температура которой близка к температуре изолятора 2 - 290 К. С помощью нагревателя вода в термостате нагревалась до температур: 293 К, 313 К, 333 К, 353 К. Процесс охлаждения калориметра длился с момента погружения калориметра до наступления полного теплового равновесия. С помощью электродвигателя включалась шнековая мешалка для активного перемешивания жидкости и выравнивания градиента температуры. Через 8 - 10 минут с помощью потенциометра, присоединенного к выводам дифференциальной термопары, велись наблюдения за изменением во времени разности температур между образцом и теплоотводящей жидкостью. Показания потенциометра отсчитывались в течение 8 - 12 мин с интервалами в 1 мин. Температуру фиксировали с точностью ± 1К. В процессе опыта интенсивным турбулентным перемешиванием жидкости поддерживалось постоянство ее температуры с точностью ± 0,02 °С. Данные наблюдений записывались в таблицу.

В течении времени т измерялись температуры воды и образца ¡к, и определялись значения разности 0 = - ¿№. Далее строился график изменения

1п01 -1п0 2

логарифма разности температур от времени: т=-------------- и определялся темп

т 1-т 2

охлаждения т. Затем рассчитывался коэффициент формы калориметра для 1

цилиндра: К = . Коэффициент температуропроводности образца

5,783 9,87

-----+----

Я2 I?

определялся для каждого из образцов трижды и выводилось среднее значение.

Значение коэффициента теплопроводности определялось через значение

^ 2 /

коэффициента температуропроводности по формуле а =--------, м /сек [5].

срР

В таблице приведены данные по температуропроводности и теплопроводности водных растворов КМЦ концентраций 4, 8, 11, 15 и 25 % масс в исследованном температурном интервале.

Данные по температуропроводности и теплопроводности водных растворов КМЦ

Концентрация КМЦ, % масс. Т, К а 107, м2 Л, Вт\ (М к)

293 1,115 0,461

313 1,242 0,511

4 333 1,276 0,522

353 1,017 0,415

293 1,086 0,456

8 313 1,180 0,493

333 1,149 0,474

353 0,82 0,336

293 1,134 0,486

313 1,232 0,527

11 333 1,209 0,515

353 0,892 0,378

293 1,134 0,486

15 313 1,232 0,527

333 1,209 0,515

353 0,892 0,378

293 1,083 0,482

25 313 1,183 0,525

333 1,164 0,513

353 0,851 0,374

293 1,085 0,505

313 1,175 0,544

25 333 1,134 0,522

353 0,800 0,368

Summary

Thermal conductivity coefficient of Carboxymethylcellulose aqua solutions with mass cconcentration of 4, 8, 11, 15 and 25% have been studied by method of thermal control of first kind. Thermal conductivity coefficients of the solutions were determined by the known rate of density and thermal capacity.

Литература

1. Бахаева Т.Н., Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Сопряженная задача гидродинамики и теплообмена при течении степенной жидкости во вращающихся криволинейных каналах типа «конфузор-дифузор»: Материалы докладов V -школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством акад. РАН В.Е. Алемасова «Проблемы теплообмена и гидродинамики в энергомашиностроении. - Казань, 2006. - С. 109-112.

2. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Гидродинамика при течении вязких и аномально-вязких сред во вращающихся каналах типа «конфузор-дифузор» Рук. деп. в ВИНИТИ - 92 с. - № 9 В2007 от 11.01.07.

3. Бахаева Т.Н., Золотоносов Я.Д. Экспериментальное исследование реологических свойств карбоксиметилцеллюлозы методом ротационной вискозиметрии // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2006. - №7-8. - С.106-109.

4. Золотоносов А.Я. Экспериментальное исследование теплофизических свойств карбоксиментилцеллюлозы // Известия вузов. Проблемы энергетики. -2007. - № 7-8. - С.144-146.

5. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена - М.: Энергия, 1979. - 319 с.

Поступила 21.01.2008