CC BY
9УДК 536.2.08,536,22
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, ПЛОТНОСТИ И ТЕПЛОЕМКОСТИ СИСТЕМ ГИДРАЗИНГИДРАТА + НАНОЧАСТИЦЫ ОКСИДОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ
НАЗРУЛЛОЕВ АБДУКОДИР САДУЛЛОЕВИЧ
Доцент кафедры общей физики Таджикский государственный педагогический универиситет
им. Садриддина Айни
Аннотация. В статье приведены результаты исследований теплопроводности, плотности и теплоемкости систем гидразингидрата + наноструктурных амфотерных оксидов металлов (АЬОз, Ре20з, ТЮ2, d= 50, 90 нм и 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3г) в зависимости от давлении при комнатной температуре. На экспериментальной установке была измерена удельная теплоемкость гидразингидрата в зависимости от температуры Т=298-548 К, при Р=0,101 МПа с добавкой от 0,1-10 3 кг до 0,3 • 10~3 кг (с интервалом 0,05 -103 кг) наноструктурных оксидов металлов (АЬОз, Ре20з, ТЮ2 Дср =50, 90нм ). Согласно, результатам теплопроводность при увеличении давления (0,101 до 49,01МПа) гидразингидрата + 0,1г наноструктурных оксидов металлов (А1203, Fe2O3, ТЮ2, dср =50, 90 нм)увеличивается до 16,6%. Результат исследование показывает, что плотность систем гидразингидрата + наноструктурных амфотерных оксидов металлов (А12Ю3, Fe2Ю3, ТЮ2, d= 50, 90 нм и 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3г) с ростом давлении растет по линейном закону.
Ключевые слова: теплопроводность, теплоёмкость, плотность, оксид металлов, гидрозингидрат
В данного работа представлено экспериментального значения теплопроводности, плотности и теплоемкости системы гидразингидрата + наноструктурных амфотерных оксидов металлов (Л^з, Fe2Oз, TiO2, d= 50, 90 нм и 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3г) в зависимости от давления при комнатной температуре.
На разработанной Е.С. Платуновым экспериментальной установке была измерена удельная теплоемкость гидразингидрата в зависимости от температуры Т=298-548 К, при
Р=0,101 МПа с добавкой от 0,1-10 "3 кг до 0,3 -10"3 кг (с интервалом 0,05 -103 кг) наноструктурных оксидов металлов (AhOз, Fe2Oз, TiO2 ^ср =50, 90нм ). Кроме, того удельная изобарная теплоемкость наножидкостей системы гидразингидрат и
некоторых амфотерных оксидов металлов использовали установку разработанной
и собраной профессором М.М. Сафаровым [1-2].
Расчет теплоемкости в зависимости от давления производится по следующей формуле
[3,5,6]:
Х ' Дж
С, =
(кг ■ К)
а • р
где, а - температуропроводность испытуемого образца в зависимости от давления и концентрация наноструктурных оксидов металлов (Al2Oз, Fe2Oз, TiO2 ^ср =50, 90нм); X-теплопроводность испытуемого образца в зависимости от давления и концентрации наноструктурных оксидов металлов (Al2Oз, Fe2Oз, TiO2, dср = 50, 90нм), р -плотность испытуемого образца в зависимости от давления.
(1)
Рисунок 1. Зависимость теплопроводности гидразингидрата от давления и концентрации оксид титана (ТЮ2,й=50нм) при комнатной температуре.
Рисунок 2. Зависимость плотности гидразингидрата от давления и концентрации оксид алюминия (ЛЬЮз й=50нм) при комнатной температуре.
Рисунок 3. Зависимость теплоемкости гидразингидрата от давления и концентрации оксид железа (Ее2Юз, й=50нм) при комнатной температуре.
Рисунок 4. Теплоемкость гидразингидрата в зависимости от наноструктурных оксид алюминия (АЪОзД=50нм); при Т=298К, Т2=348К.
концентрации
Рисунок 5. Теплопровдность гидразингидрата в зависимости от наноструктурных оксид железо (¥е2йзД=50нм); при Т=298К, Т2=348К.
концентрации
Рисунок 6. Плотность гидразингидрата в зависимости от концентрации наноструктурных оксид титана (TiÜ2 й=50нм); при Т=298К, Т2=348К.
На рисунках 1 - 6 представлены зависимость теплоемкости, теплопроводности, плотности гидразингидрата как без добавки, так и с добавкой до 0,3 г. наноструктурных оксидов металла при различных температурах (Т1= 298К, Т2=348К) при атмосферном давлении.
Как видно из этих графиков (рисунки 1-6) добавки наноструктурных
оксидов металлов в гидразингидрат в начале уменьшается теплоемкость, теплопроводность систем (рисунки 1,5), а плотность увеличивается во всем интервале температур (рисунок 2,6).
Теплопроводность гидразингидрата до 0.1г уменьшается, а затем увеличивается. Имеет аномальный спад теплопроводности и температуропроводности системы при т=0,1г.
Используя экспериментальную установку работающим методом регулярного теплового режима первого рода (метод цилиндрический бикалориметр) исследована теплопроводность наножидкостей системы амфотерных оксидов металлов (AI2O3, Fe2Ö3, TiÜ2, d=50, 90 нм и 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 и 0,3 г.) в зависимости от давления и температуры (таблиц 1).
Таблица 1. Теплопроводность (Х*103, Вт) (м*К) нано жидкости системы гидразингидрат+ЛЬОз, (ё=90нм)) при различных температурах и давлениях._
Т,К Давления Р, МПа
0,101 4,91 9,81 19,62 29,43 39,24 49,01
Гидразингидрат +0,1г AI2O3
293,0 425,0 444,2 455,0 468,0 482,3 496,0 510,1
313,5 443,6 460,3 472,4 484,5 500,6 513,4 530,2
333,2 461,0 480,5 490,6 503,6 517,4 531,5 547,3
353,4 480,2 498,2 508,5 522,0 534,7 550,6 564,7
373,8 498,3 513,0 527,5 540,0 553,2 568,7 582,5
393,5 - 517,4 542,6 550,7 566,0 581,0 595,2
413,8 - 535,3 550,5 564,2 577,4 588,3 605,0
433,6 - 524,2 538,6 553,7 568,6 579,6 594,7
453,9 - 510,0 525,7 540,3 555,7 567,0 582,3
483,3 - 490,6 507,4 522,7 535,8 550,6 563,7
5132 - 471,0 477,5 503,0 517,4 530,7 544,6
543,8 - 545,2 467,2 483,2 498,6 510,0 528,7
573,5 - 435,3 448,6 464,0 480,2 492,4 507,6
613,0 - 410,4 422,0 436,5 453,7 467,3 480,5
Гидразингидрат +0,2г AI2O3
293,3 446,3 462,5 471,6 485,0 496,7 513,7 527,6
313,4 462,0 480,3 489,5 500,3 515,6 530,2 542,0
333,3 478,4 485,6 507,6 517,4 530,7 545,6 558,6
353,5 494,6 512,3 522,7 533,8 547,6 560,7 573,4
373,8 510,5 526,5 538,2 549,0 562,3 573,8 588,6
393,5 - 539,4 551,0 562,4 574,2 588,3 600,3
413,3 - 544,2 558,3 570,6 583,4 596,4 608,2
433,2 - 538,7 550,4 563,7 578,2 587,5 600,7
453,3 - 524,0 537,0 550,0 565,4 577,2 588,0
483,7 - 505,6 518,7 530,7 546,7 558,3 569,3
513,0 - 487,3 499,0 512,3 527,0 540,6 550,7
543,2 - 466,0 480,4 492,5 508,7 520,4 532,5
573,4 - 444,6 460,7 473,6 488,6 503,2 514,6
613,2 - 420,4 435,2 448,3 462,7 478,5 490,0
Гидразингидрат +0,3г AI2O3
293,5 473,0 490,5 505,8 524,8 537,2 553,6 564,7
313,8 494,5 510,6 526,3 540,0 555,8 570,4 580,9
333,2 512,8 530,7 548,6 560,7 574,7 591,0 603,6
353,4 530,0 550,0 564,3 578,3 592,4 608,2 620,7
373,2 548,3 566,7 582,7 596,5 610,7 624,3 638,0
393,0 - 582,4 595,4 610,6 625,0 640,7 652,3
413,3 - 593,3 606,0 622,7 640,7 652,7 664,2
433,8 - 583,0 600,3 616,3 630,0 648,0 653,0
453,3 - 567,3 584,4 600,5 614,6 630,2 641,5
483,0 - 542,5 554,8 564,7 590,2 607,4 628,7
513,5 - 518,7 532,4 550,2 565,0 580,6 594,2
543,8 - 490,0 509,2 524,6 540,7 556,3 570,3
573,4 - 468,3 472,4 500,0 515,3 532,8 547,9
613,6 - 423,0 450,6 466,7 488,4 500,6 515,7
Как видно, из таблица 1., с ростом температуры теплопроводность давления,
концентрации нанодобавок (амфотреных оксидов металлов) исследуемых систем и размер наночастицы (AI2O3, Fe2O3, TiO2, ёср = 50, 90нм) увеличивают их теплопроводность [8]. Например: при увеличении добавки наноструктурных оксидов металлов (AI2O3, Fe2O3, TiO2, dср = 50, 90 нм) от 0,1г. до 0,3г. при температуре 298К теплопроводность увеличивается на ~1,2%, а при 323К при этом же концентрации уменьшается на ~8,5%.
Вывод
Установлено, что теплопроводность чистого гидразингидрата, и системы с
добавкой различными концентрациями наночастицы амфотерных оксидов металлов и различных фракции с ростом температуры и давления увеличиваются. Механизм изменение теплопроводности нами выявлено в следующем.
Перенос тепла в наноструктурах осуществляется механизмами, аналогичными механизмам классической теплофизики. Вместе с тем размерные эффекты, приводящие к существенным изменениям в кинетике переноса, могут значительно изменить основные закономерности, как уже неоднократно указывалось ранее. Невозможность
использования уравнения Фурье для теплопроводности, нарушение характера конвективного теплообмена, изменение характера взаимодействия газов и жидкостей с поверхности, нарушение законов классического теплового излучения. Основное влияние размерных эффектов в наноструктурах состоит в изменении динамики электронов, фононов, фотонов и других носителей энергии (изменение энергетического спектра, появление гибридных
состояний носителей, изменение характера рассеяния носителей и т. п.). В данной главе рассмотрены: во-первых, механизм переноса тепла в наноструктурах, связанный с кинетикой переноса тепла за счет теплопроводности, т. е. в случае, когда нет макроскопического движения вещества (влияние макроскопической скорости на процессы переноса в
наномасштабах будут рассмотрены отдельно, в разделах, посвященных микро и наногидродинамике), во-вторых, тепловое излучение. Кроме того, будут подробно обсуждены вопросы термического сопротивления, играющие важнейшую роль в переносе тепла в наноструктурах. Основное внимание уделяется общим подходам к кинетике переноса тепла. В частности проанализированы процессы переноса тепла в 1D-, 2D- и 3D-
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
наноструктурах (нанопроволоках и нанотрубках, нанопленках, нанокомпозитах и т. п.). Отдельно рассмотрены сложные наноструктуры, связанные с разрабатываемыми наноустройствами. Понимая условность такой классификации процессов переноса, все-таки следует указать на удобство и последовательность данного рассмотрения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сафаров М.М. Теплопроводность гидразинзамещенных водных растворов в зависимости от температуры и давления. (Тезис). /М.М. Сафаров, М.А. Зарипова, М.Т. Тургунбоев.//Матер.науч.-практ. Конф. Посв.10-летию независимости. РТ. 2001, с.34-35.
2. Сафаров М.М., Зарипова М.А., Тургунбоев М.Т. Плотность водных растворов аэрозина в широком интервале температур и давления. (Статья) ИФЖ. Т.70, №5, 1997, -М., 7 с. (Деп.816-Б97)
3. Сафаров М.М. Теплоемкость водных растворов аэрозина в зависимости от температуры и давления. (Статья). /М.М. Сафаров, М.А. Зарипова. // Измерительная техника М.-N5,-1996, С.46-48.
4. Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режиме. /Е.С. Платунов //-Л.: Энергия, 1973. -142 с.
5. Назруллоев, А.С. Влияние наноразмерных амфотерных оксидов металлов на изменение тепло, электро и термодинамических свойств гидразингидрата./ М.М. Сафаров, М.А. Зарипова, Х.А. Зоиров, А.С.Назруллоев Душанбе, 2016,235с. (Монография).
6. Назруллоев А.С. Влияние наноамфотерных окисей на изменение теплоемкости жидкого гидразингидрата/ М.М. Сафаров, А.С. Назруллоев, Х.А. Зоиров, Н.Б. Давлатов// Труды международной научно-технической конференции "Нанотехнология функциональных материалов (НФМ -2114)" 24-28 июня 2014,Санкт Петербург,С.39-41.
7. Назруллоев А.С. Теплоемкость и термодинамические функции некоторых основных оксидов и металлов. Обработка экспериментальных данных./ М.М. Сафаров, Х.А. Зоиров, М.А. Зарипова, А.С. Назруллоев, Э.Ш. Тауров, Г.Н. Неъматов // Материалы Девятая Международная теплофизическая школа, Теплофизические исследования и измерения при контроле качества веществ, материалов и изделий,6-11 октября 2014 г. Душанбе, МТФШ-9.С.304-309.
8. Назруллоев А.С. Влияние оксида меди на изменение теплопроводности жидкого гидразина/ М.М.Сафаров М.А.Зарипова, А.С.Назруллоев, Н.Б.Давлатов, Х.А.Зоиров, А.Ф.Тошов //Материалы Девятая Международная теплофизическая школа, Теплофизические исследования и измерения при контроле качества веществ, материалов и изделий, 6-11 октября 2014 г., Душанбе, МТФШ-9. С.273-277.
