Материал: Д6868 Цветков ОБ Методы расчета свойств переноса раб веществ хол техн
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УНИВЕРСИТЕТ ИТМО
О.Б. Цветков, Ю.А. Лаптев, Д.Г. Волков
МЕТОДЫ РАСЧЕТА СВОЙСТВ ПЕРЕНОСА РАБОЧИХ ВЕЩЕСТВ
ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург
2016
УДК 553.1
Методы расчета свойств переноса рабочих веществ холодильной техники: Учеб.-метод. пособие/ О.Б. Цветков, Ю.А. Лаптев, Д.Г. Волков. 
СПб.: Университет ИТМО, 2016. 63 с.
Вдоступной форме излагаются основы теории и расчета свойств переноса газов
иих смесей при различных температурах. Приведены значения интегралов столкновения для модельных потенциалов. Даны примеры расчета динамической вязкости, теплопроводности, коэффициентов диффузии и самодиффузии хладагентов. В приложении приведены таблицы свойств переноса галогенпроизводных предельных углеводородов, используемых в технике низких температур.
Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлениям: 14.03.01 по дисциплинам «Термодинамика»; 15.03.04, 16.03.03, 23.03.03 – «Основы термодинамики и теплопередачи»; 19.03.02, 19.03.03 – «Теоретические основы тепло- и хладотехники»; 18.03.02 – «Основы тепло- и хладотехники»; 19.03.01 – «Биотехнология»; 15.03.02 – «Термодинамика и тепломассообмен» всех форм обучения.
Рецензент: доктор техн. наук, проф. В.А. Рыков
Рекомендовано к печати Советом факультета холодильной, криогенной техники и кондиционирования, протокол № 2 от 30.10.2015 г.
Университет ИТМО – ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, один из немногих российских вузов, получивших
в 2009 году |
статус национального исследовательского университета. |
С 2013 года |
Университет ИТМО – участник программы повышения |
конкурентоспособности российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров, известной как проект «5 – 100». Цель Университета ИТМО – становление исследовательского университета мирового уровня, предпринимательского по типу, ориентированного на интернационализацию всех направлений деятельности.
© Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2016
©Цветков О.Б., Лаптев Ю.А., Волков Д.Г., 2016
2
ВВЕДЕНИЕ
Важная роль среди теплофизических характеристик принадлежит свойствам переноса: диффузии, вязкости и теплопроводности. Расчеты тепло- и массообменных аппаратов низкотемпературных установок практически невозможны без данных об этих свойствах. причем качество тепловых расчетов непосредственно зависит от достоверности этих данных. Использование точных данных о свойствах переноса повышает энергоэффективность за счет снижения затрат топлива, электроэнергии, металла, капитальных затрат.
Этим обстоятельством можно объяснить включение разделов о теплофизических свойствах веществ в учебники и учебные пособия по технической термодинамике, теории тепло- и массообмена, в профессиональных монографий. При написании данного учебнометодического пособия авторы, опираясь на предшествующий опыт, стремились использовать последние достижения в области теплофизики и промышленной экологии, которые показались существенными для подготовки бакалавров, магистров и аспирантов Университета ИТМО.
3
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
D12 – коэффициент диффузии, м2/с
D11 – коэффициент самодиффузии, м2/c 
– динамическая вязкость, Па·с λ – теплопроводность, Вт/(м·К)
ρ – плотность, кг/м3
сp, cυ – удельная теплоемкость идеального газа при р = сonst
иυ = const, кДж/(кг·К)
М– молекулярная масса, кг/кмоль T – температура, К
p – давление, Па
ε/k, 
– параметры потенциалов межмолекулярного взаимодействия, К, Å
μ – дипольный момент молекулы, Д
Ω(l,s)*(Т*) – приведенный интеграл столкновений Т* – приведенная температура, Т*=Т(ε/k)-1
Kn – критерий Кнудсена Pr – критерий Прандтля
Tкр – температура в критической точке, К pкр – давление в критической точке, МПа
Zвр – число столкновений для вращательной релаксации x – мольные доли компонентов
n – число атомов углерода в молекуле газа
η – приведенная температура, η = T/Tкр
Φ(η) – температурная функция теплопроводности
ρкр
Tн.к
R
–кинематическая вязкость, м2/с
–плотность в критической точке, кг/м3
–температура кипения при нормальном (101,3 кПа) давлении, К
–удельная газовая постоянная, кДж/(кг·К)
ИНДЕКСЫ
см – смесь
i – компонент смеси
4
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ
Диффузия, вязкость и теплопроводность относятся к явлениям переноса, возникающим в газах и жидкостях. Диффузия представляет собой перенос массы из одной области в другую при наличии градиента концентрации; вязкость – перенос импульса (количества движения) вследствие градиента скорости; теплопроводность – перенос тепловой энергии в результате градиента температуры.
Достаточно полное описание явлений переноса приводится в разделах молекулярной физики. В этом случае молекулы газа рассматриваются как твердые сферы диаметром ζ, не притягивающиеся друг к другу, движущиеся с одинаковой скоростью в направлении, параллельном одной из координатных осей.
Коэффициент диффузии равен плотности потока молекул вследствие единичного градиента плотности числа частиц и в соответствии с элементарной кинетической теорией имеет вид
где L – длина свободного пробега молекулы; W – средняя арифметическая скорость молекул.
В выражении (1.1) D11 является коэффициентом самодиффузии, т. е. диффузии частиц одинаковой массы и одинакового размера. Примерами самодиффузии могут служить диффузия орто- и параразновидностей газа (например, водорода) и диффузия тяжелых изотопов.
Вязкость численно равна плотности потока импульса, создаваемого единичным градиентом скорости,
Соответственно для теплопроводности, представляющей собой плотность потока энергии, вызванного единичным градиентом температуры, элементарная кинетическая теория позволяет записать
5